RU2778035C1 - Лазерный источник с управляемой поляризацией излучения - Google Patents
Лазерный источник с управляемой поляризацией излучения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2778035C1 RU2778035C1 RU2021132963A RU2021132963A RU2778035C1 RU 2778035 C1 RU2778035 C1 RU 2778035C1 RU 2021132963 A RU2021132963 A RU 2021132963A RU 2021132963 A RU2021132963 A RU 2021132963A RU 2778035 C1 RU2778035 C1 RU 2778035C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light
- axis
- acousto
- laser source
- symmetry
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000000051 modifying Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 241000713311 Simian immunodeficiency virus Species 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- LAJZODKXOMJMPK-UHFFFAOYSA-N Tellurium dioxide Chemical compound O=[Te]=O LAJZODKXOMJMPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- ITMSSWCUCPDVED-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane;oxo(oxoalumanyloxy)yttrium;oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Y]=O.O=[Y]O[Y]=O ITMSSWCUCPDVED-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 239000008710 crystal-8 Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- -1 potassium-yttrium Chemical compound 0.000 description 1
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N tungstate Chemical compound [O-][W]([O-])(=O)=O PBYZMCDFOULPGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к лазерной технике, к импульсным лазерным источникам с модуляцией добротности. Лазерный источник состоит из первого непрозрачного зеркала и второго полупрозрачного зеркала, образующих открытый резонатор, активного элемента и акустооптического затвора, последовательно расположенных на оптической оси резонатора, устройства накачки, установленного с возможностью фокусирования его излучения в активном элементе, двухканального высокочастотного генератора, при этом акустооптический затвор состоит из светозвукопровода, выполненного из кристалла моноклинной системы, имеющего первую и вторую оптические грани, перпендикулярные кристаллографической оси симметрии второго порядка светозвукопровода, первую и вторую акустические грани, параллельные кристаллографической оси симметрии второго порядка светозвукопровода, на которых расположены первый и второй сдвиговые пьезопреобразователи соответственно, имеющие сдвиговую поляризацию, ортогональную кристаллографической оси симметрии второго порядка светозвукопровода, и соединенные высокочастотными трактами с выходными каналами генератора. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к лазерной технике, в частности, оно может быть отнесено к импульсным лазерным источникам с модуляцией добротности.
Импульсные лазеры с модуляцией добротности находят широкое применение в науки и технике, благодаря более высокой, чем у непрерывных лазеров, пиковой интенсивности излучения. Важной характеристикой лазера является поляризация выходного излучения. Состояние поляризации влияет на взаимодействие лазерного излучения с веществом, позволяет передавать информацию, определяет свойства прохождения пучка через оптические элементы, в том числе, субволновые структуры нанооптики, и возможность управления другими параметрами пучка, например, его направлением, при помощи различных оптоэлектронных приборов. Таким образом, управление поляризацией лазера является актуальной технической задачей. В некоторых типах лазерных источников, например, в волоконных лазерах и в твердотельных лазерах с резонаторами со слабой анизотропией, возможна случайная генерация различных поляризационных состояний выходного излучения. Стабилизация поляризации таких лазеров требует внутрирезонаторных элементов управления поляризацией.
Известен лазерный источник с хаотически меняющимся состоянием выходной поляризации (Н.P. Cheng et al., "Monolithic dual-polarization self-mode-locked Nd:YAG 946-nm lasers: controlling beat frequency and observation of temporal chaos" // Optics Express - 2016. - V. 24. - P. 23829). Источник представляет собой монолитный твердотельный резонатор из кристалла алюмо-иттриевого граната, допированного неодимом (Nd:АИГ), Nd3+:Y3Al5O12, с продольной диодной накачкой. Недостатком технического решения является невозможность управлять состоянием выходной поляризации лазера, которая может хаотически меняться между двумя ортогональными состояниями.
Известен лазерный источник с управляемой поляризацией излучения, осуществляемой изменением поляризации излучения накачки (G. Verschaffelt et al. "Delayed polarization dynamics in Nd3+-doped yttrium-aluminum-garnet lasers" // Phys. Rev. A. - 2008 - V. 77. - P. 063801). Лазерный источник состоит из открытого резонатора, активной среды из кристалла Nd:АИГ, диодного лазера накачки и электрооптического модулятора, переключающего поляризацию излучения накачки. Недостатком технического решения является задержка между изменением состояния поляризации излучения накачки и изменением состояния поляризации выходного излучения.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является лазерный источник с открытым резонатором (RU 2603336 С1 от 27.11.2016), имеющий линейную поляризацию излучения, контролируемую при помощи акустооптического фильтра. Акустооптический фильтр в прототипе играет роль модулятора добротности резонатора, совмещающего в себе также функции поляризатора и спектрального селектора мод резонатора. Недостатками прототипа являются относительно низкий порог лазерного разрушения размещенного в резонаторе монокристалла парателлурита и невозможность управления поляризацией лазерного излучения, поскольку конструкция акустооптического фильтра обеспечивает совпадение оси дифрагированного луча на выходе кристалла с осью резонатора только для одной из двух ортогонально поляризованных оптических мод кристалла парателлурита.
Технической задачей изобретения является создание импульсного лазерного источника с управляемой поляризацией излучения.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности генерации импульсного излучения с заданной бинарной последовательностью состояний поляризации путем независимого управления поляризацией каждого отдельного импульса лазера с внутрирезонаторной модуляцией добротности.
Указанный технический результат достигается следующим образом.
Лазерный источник состоит из первого непрозрачного зеркала и второго полупрозрачного зеркала, образующих открытый резонатор, активного элемента и акустооптического затвора, последовательно расположенных на оптической оси резонатора, устройства накачки, установленного с возможностью фокусирования его излучения в активном элементе, двухканального высокочастотного генератора, при этом акустооптический затвор состоит из светозвукопровода, выполненного из кристалла моноклинной системы, имеющего первую и вторую оптические грани, перпендикулярные кристаллографической оси симметрии второго порядка светозвукопровода, первую и вторую акустические грани, параллельные кристаллографической оси симметрии второго порядка светозвукопровода, на которых расположены первый и второй сдвиговые пьезопреобразователи соответственно, имеющие сдвиговую поляризацию, ортогональную кристаллографической оси симметрии второго порядка светозвукопровода, и соединенные высокочастотными трактами с выходными каналами генератора.
Кроме того светозвукопровод акустооптического затвора выполнен из монокристалла KY(WO4)2, при этом его первая акустическая грань, параллельна диэлектрической оси Np монокристалла и составляет угол от плюс 8 до плюс 17 градусов к диэлектрической оси Nm, а вторая акустическая грань параллельна диэлектрической оси Np монокристалла и составляет угол от минус 62 до минус 58 градусов к диэлектрической оси Nm монокристалла, причем первый и второй сдвиговые пьезопреобразователи выполнены из монокристаллов LiNbO3 и имеют поляризацию, ортогональную оси Np светозукопровода.
Также устройство накачки активного элемента состоит из блока питания и лазерного или светодиодного или лампового источника оптического излучения.
При этом устройство накачки активного элемента является импульсным и соединено каналом синхронизации с высокочастотным генератором.
Также первый и второй высокочастотные тракты содержат соответственно цепи согласования импеданса первого и второго пьезопреобразователей с выходным сопротивлением генератора.
Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена общая схема лазерного источника.
На чертеже обозначены: непрозрачное зеркало 1, полупрозрачное зеркало 2, открытый резонатор 3, оптическая ось 4 резонатора 3, активный элемент 5, устройство 6 накачки активного элемента 5, акустооптический затвор 7, светозвукопровод 8, первая оптическая грань 9, вторая оптическая грань 10, первая акустическая грань 11, первый пьезопреобразователь 12, первый высокочастотный тракт 13, вторая акустическая грань 14, второй пьезопреобразователь 15, второй высокочастотный тракт 16, двухканальный высокочастотный генератор 17.
В изобретении возможность независимого управления поляризацией каждого отдельного импульса лазера с внутрирезонаторной модуляцией добротности позволяет получать импульсное излучение с заданной бинарной последовательностью состояний поляризации.
В устройстве двухкоординатный акустооптический затвор 7 на одном монокристалле позволяет независимо модулировать добротность открытого резонатора 3 для двух ортогональных поляризаций излучения путем включения и выключения высокочастотного сигнала, подаваемого с генератора 17 на пьезопреобразователи 12, 15 затвора 7.
Использование светозвукопровода 8 из моноклинного кристалла с изотропной дифракцией на квазисдвиговой ультразвуковой волне является необходимым условием реализации такого устройства, поскольку только в моноклинных кристаллах существует необходимый набор ненулевых фотоупругих констант, позволяющий получить различные нули эффективности дифракции для ортогональных поляризаций, когда оптический пучок распространяется вдоль кристаллографической оси симметрии второго порядка светозвукопровода 8, а плоскость дифракции ортогональна ей.
Пример реализации
Устройство содержит акустооптический затвор 7 со светозвукопроводом 8, выполненным из монокристалла калий-иттриевого вольфрамата (КИВ), KY(WO4)2. Кристалл КИВ является моноклинным кристаллом, в котором диэлектрическая ось Np, соответствующая наименьшему из собственных значений тензора диэлектрической проницаемости, параллельна кристаллографической оси симметрии второго порядка. В качестве активного элемента 5 может выступать кристалл Nd:АИГ, широко используемый в импульсных лазерах и излучающий на длине волны 1064 нм.
При распространении произвольно поляризованного оптического излучения вдоль кристаллографической оси симметрии двуосного кристалла, являющейся также одной из собственных осей тензора диэлектрической проницаемости кристалла, электромагнитная волна разделяется на две независимые компоненты (оптические моды), имеющие линейные поляризации, параллельные двум другим собственным осям тензора диэлектрической проницаемости. При размещении двулучепреломляющего кристалла светозвукопровода 8 в изотропном резонаторе 3, резонатор 3 становится поляризационно-анизотропным, и в нем могут формироваться моды с ортогональными линейными поляризациями. Каждая из ультразвуковых волн, возбуждаемых пьезопреобразователями 12, 15 в светозвукопроводе 8 акустооптического затвора 7, способна в общем случае вызвать дифракцию обеих ортогонально поляризованных оптических мод кристалла светозвукопровода 8. Внутри резонатора 3 это приводит к одновременному ослаблению двух поляризационных мод резонатора 3. Управление поляризацией выходного излучения устройства может быть осуществлено, когда акустооптический затвор 7 позволяет независимо ослаблять каждую из двух поляризационных мод резонатора 3. В моноклинном кристалле светозвукопровода 8 это условие может быть выполнено благодаря анизотропии фотоупругого эффекта при дифракции оптического излучения на сдвиговой ультразвуковой волне (А.И. Чижиков и др. «Акустооптическая модуляция поляризации в моноклинных кристаллах» // Квант, электрон - 2021. - Т. 51 - С. 343).
При распространении оптического пучка вдоль оси Np кристалла КИВ светозвукопровода 8, пучок распадается на две моды, имеющие линейные ортогональные поляризации по осям Nm и Ng. Из трех акустических мод в плоскости NmNg одна является квазисдвиговой волной с поляризацией, ортогональной оси Np. Если направление волнового вектора акустического пучка, ортогональное направлению акустической грани, с которой осуществляется возбуждение этого пучка, лежит в диапазоне от минус 82 до минус 73 градусов с осью Nm, то эффективная фотоупругая константа для поляризации по оси Nm близка к нулю, следовательно, такая акустическая волна эффективно модулирует только одну оптическую моду, поляризованную по оси Ng. Величина акустооптического качества для этой поляризации составляет величину М2=7,6×10-15 с3/кг. Если направление волнового вектора акустического пучка лежит в диапазоне от плюс 28 до плюс 32 градусов с осью Nm, то эффективная фотоупругая константа для поляризации по оси Ng близка к нулю, следовательно, такая акустическая волна эффективно модулирует только одну оптическую моду, поляризованную по оси Nm. Величина акустооптического качества для этой поляризации составляет величину М2=4,6×10-15 с3/кг. На основании данных оценок можно заключить, что двухкоординатный акустооптический затвор 7 со светозвукопроводом 8 на основе кристалла КИВ с длиной взаимодействия 40 мм и апертурой 2 мм будет потреблять не более 15 Вт мощности ВЧ-сигнала при эффективности 80% на длине волны лазерного излучения 1064 нм, что не превышает потребляемой мощности обычного акустооптического затвора на основе кристаллического кварца с такими же характеристиками, эффективно работающего только с одной линейной поляризацией оптического излучения.
Claims (5)
1. Лазерный источник, состоящий из первого непрозрачного зеркала и второго полупрозрачного зеркала, образующих открытый резонатор, активного элемента и акустооптического затвора, последовательно расположенных на оптической оси резонатора, устройства накачки, установленного с возможностью фокусирования его излучения в активном элементе, двухканального высокочастотного генератора, при этом акустооптический затвор состоит из светозвукопровода, выполненного из кристалла моноклинной системы, имеющего первую и вторую оптические грани, перпендикулярные кристаллографической оси симметрии второго порядка светозвукопровода, первую и вторую акустические грани, параллельные кристаллографической оси симметрии второго порядка светозвукопровода, на которых расположены первый и второй сдвиговые пьезопреобразователи соответственно, имеющие сдвиговую поляризацию, ортогональную кристаллографической оси симметрии второго порядка светозвукопровода, и соединенные высокочастотными трактами с выходными каналами генератора.
2. Лазерный источник по п. 1, в котором светозвукопровод акустооптического затвора выполнен из монокристалла KY(WO4)2, при этом его первая акустическая грань параллельна диэлектрической оси Np монокристалла и составляет угол от плюс 8 до плюс 17 градусов к диэлектрической оси Nm, а вторая акустическая грань параллельна диэлектрической оси Np монокристалла и составляет угол от минус 62 до минус 58 градусов к диэлектрической оси Nm монокристалла, причем первый и второй сдвиговые пьезопреобразователи выполнены из монокристаллов LiNbO3 и имеют поляризацию, ортогональную оси Np светозукопровода.
3. Лазерный источник по п. 1, в котором устройство накачки активного элемента состоит из блока питания и лазерного или светодиодного или лампового источника оптического излучения.
4. Лазерный источник по п. 1, в котором устройство накачки активного элемента является импульсным и соединено каналом синхронизации с высокочастотным генератором.
5. Лазерный источник по п. 1, в котором первый и второй высокочастотные тракты содержат соответственно цепи согласования импеданса первого и второго пьезопреобразователей с выходным сопротивлением генератора.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2778035C1 true RU2778035C1 (ru) | 2022-08-12 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7684110B2 (en) * | 2007-09-14 | 2010-03-23 | Gooch And Housego Plc | High frequency acousto-optic frequency shifter having wide acceptance angle |
US7706047B2 (en) * | 2007-09-18 | 2010-04-27 | Simon Barrington L | Acousto-optical laser scanner and UV laser analyzer of micro-objects based on it |
JP2012182397A (ja) * | 2011-03-03 | 2012-09-20 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ装置およびレーザ加工装置 |
RU2613943C1 (ru) * | 2015-12-14 | 2017-03-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Акустооптический преобразователь поляризации лазерного излучения (варианты) |
RU2703930C1 (ru) * | 2019-03-27 | 2019-10-22 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Двухкристальный акустооптический модулятор |
RU2751445C1 (ru) * | 2020-12-29 | 2021-07-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Акустооптический лазерный затвор с выводом тепловой энергии из резонатора лазера |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7684110B2 (en) * | 2007-09-14 | 2010-03-23 | Gooch And Housego Plc | High frequency acousto-optic frequency shifter having wide acceptance angle |
US7706047B2 (en) * | 2007-09-18 | 2010-04-27 | Simon Barrington L | Acousto-optical laser scanner and UV laser analyzer of micro-objects based on it |
JP2012182397A (ja) * | 2011-03-03 | 2012-09-20 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ装置およびレーザ加工装置 |
RU2613943C1 (ru) * | 2015-12-14 | 2017-03-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Акустооптический преобразователь поляризации лазерного излучения (варианты) |
RU2703930C1 (ru) * | 2019-03-27 | 2019-10-22 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Двухкристальный акустооптический модулятор |
RU2751445C1 (ru) * | 2020-12-29 | 2021-07-13 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Акустооптический лазерный затвор с выводом тепловой энергии из резонатора лазера |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8947771B2 (en) | Optical amplifying device | |
CN101990729A (zh) | 结合多重激光束以形成高重复率、高平均功率的极化激光束 | |
KR101915628B1 (ko) | 펄스 레이저 발진기 및 펄스 레이저 발진 제어 방법 | |
KR102176363B1 (ko) | 다결정질 tm:ii-vi 재료로 이루어진 수직 입사 장착형 중간 적외선 케르 렌즈 모드 잠금형 레이저 및 다결정질 tm:ii-vi 케르 렌즈 모드 잠금형 레이저의 매개변수를 제어하기 위한 방법 | |
JP2015510270A (ja) | パルスごとのエネルギーが低減された光学増幅器システム及びパルスレーザ | |
US3828276A (en) | High efficiency acousto-optical q-switch | |
CN110752503B (zh) | 单纵模与非单纵模双脉冲激光交替调q输出方法及激光器 | |
RU2778035C1 (ru) | Лазерный источник с управляемой поляризацией излучения | |
US7248397B1 (en) | Wavelength-doubling optical parametric oscillator | |
US3267385A (en) | Optical parametric amplifier, oscillator, and limiter using non-phase matchable interaction | |
RU2699947C1 (ru) | Способ модуляции лазерного излучения и устройство для его осуществления | |
US4326175A (en) | Multi-color, multi-pulse laser system | |
CN110932070B (zh) | 双波长交替调q窄脉冲激光器及输出方法 | |
CN110932081B (zh) | 一种电光调q双波长激光交替同轴输出方法及激光器 | |
CN111129917B (zh) | 一种基于单块双45°-MgO:LN多调制模式多功能激光装置及输出方法 | |
KR101596478B1 (ko) | 다중 펄스 폭 출력이 가능한 레이저 장치 | |
CN110932069B (zh) | 超高重频窄脉冲单波长交替调q激光输出方法及激光器 | |
CN111048986B (zh) | 一种单纵模调q双脉冲激光输出方法及激光器 | |
CN110829172B (zh) | 一种重频2倍于电光调q频率的激光输出方法及激光器 | |
CN110932074B (zh) | 双波长激光交叉跳频调q输出激光器及激光输出方法 | |
RU2227950C2 (ru) | Импульсный твердотельный двухчастотный лазер | |
CN115986546A (zh) | 正交偏振双波长交替调q激光器及相应的激光输出方法 | |
CN111048985B (zh) | 一种双波长单纵模激光交替调q输出方法及激光器 | |
CN110970793B (zh) | 重频2倍于电光调q频率的单纵模激光器及激光输出方法 | |
CN220021897U (zh) | 一种双波长激光器 |