SU1031392A1 - Кольцевой лазер - Google Patents

Abstract

КОЛЬВДВОП ЛАЗЕР, содержащий размещенные в резонаторе с возвратным, и выходным отражател ми активный элемент , электрооптический затвор, состо щий из пол ризатора, модул ционного элемента и анализатора, при этом возвратный отражатель установлен вне резонатора и оптически св зан с ним, о т л и I а ю щ и и с   тем, что, с целью увеличени  мощности и энергии IGECOA3HM ПИЕЙТНЭ-ТЕШЧЕШЙ 6ИБЛИОТЕКА. сдвоенных импульсов излучени  с перестраиваемым временным интервалом между ними, возвратный отражатель установлен перпендикул рно к излучению на рассто нии S от анализатора, удовлетвор ющем соотношению с c(t - 2tлэ) - 1 - X S - 2 где 1 опттшска  длина резонатора; рассто ние между пол ризатоX ром и анализатором; скорость света; с интервал между генерируемыми t импульсами; tA3врем  прохождени  излучением переменной оптической линш задержки, и в лазер введена переменна  лини  задержки, установленна  между анализатором и возвратным отражателем .

Description

Изобретение относитс  к области квантовой электроники и может быть использовано дл  создани  мощных импульсных источников оптического излучени .

Известен лазер, содержащий моно .блочный электрооптйческий затвор е призмой анализатором и соединенный с блоком питани ; делительную пластинку; активный элемент и призму полного внутреннего отражени , последовательно расположенные на одной оси резонаTopia , образованного призмой полного внутреннего отражени  и призмой-аналиоо

со ю

затором электрооптического затвора;

зеркало, расположенное вне резонато-ра , разр дник, соединенный с блоком

питани  электрооптического затвора; возвратный отражатель, оптически св занный через призму-анализатор электрооптическо-го затвора с резонатором лазера. В качестве выходного отражател  использована одна из граней призмы-крьппи (анализатора) электрропткческого затвора совместно с его модул ционным , элементом .

Недостатками известного лазера  вл ютс  низка  мощность и энерги  сдвоенных импульсов оптического излучени  с перестраиваемьЕ 1 временным интервалом между ними и малый диапазон перестройки временного интервала между генерируемыми сдвоенными импульсами оптического излучени . Это вызвано тем, что с помощью призмы-крыши электрооптического затвора совместно с призмой полного внутреннего отражени  накопленное в резонаторе излучение при выключении.электрооптического затвора расщепл етс  на два пучка плоскостью, перпендикул рной к торпу рубинового элемента. Одна из граней ; призмы-крыши -электрооптического затвора совместно с его модул ци онным элементом  вл етс  выходным отражателем , через который выводитс  из резонатора на выход в виде первого импульса один из пучков излучени . Второй пучок через вторую грань призмы анализатора и модул ционный элемент электрооптического затвора выводитс  из резонатора в направлении возвратчого отражател . Отразившись от возвратного отражател , этот пучок оп ть попадает в резонатор и аналогично первому поступает на выход. В известном лазере пол ризатором электрооптического затвора служит рубиновый элемент ,  вл ющийс  анизотропным кристаллом и по этой причине обладающий плоскопол ризованным излучением гене рации. Рубиновый элемент, как пол ризатор , в формировании сдвоенньтх имПЗШЬСОБ излучени , в формировании вр менного интервала между ними, в выведении импульсов излучени  из резонатора в известном лазере не участвует В известном кольцевом лазере перестройка временного интервала между генерируемь1ми сдвоенными импульсами оптического излучени  осуществл етс  с помощью перемещени  возвратного от ражател . В,этом случае дл  получени  сдвоенных импульсов на выходе лазера с временным интервалом, напри 6.10с , возвратный отражатель необходимо удалить от оси резонатора ра рассто ние до 100 м, что не реаль но при практическом использовании указанных лазеров. Наиболее близким из известных  вл етс  кольцевой лазер, ссТдержащий размещенные в резонаторе с возвратным и ВЫХОДНЫМ- отражател ми активный элемент, электрооптический затвор, со состо щий из пол ризатора, модул 10 2 ционного элемента и анализатора. В качестве выходного отражател  использовано зеркало-расщепитель. Возвратный отражатель выполн ет функцию зеркала-лодкачки, которое совместно с зеркалом-расщепителем образует пассивный вентиль дл  создани  режима однонаправленной генерации. Однако и этот кольцевой лазер не позвол ет получать сдвоенные импульсы оптического излучени  с перестраиваемым временным интервалом высокой мощности и энергии и увеличить ,диапазон перестройки временного интервала между генерируемыми сдвоенными импульсами . Целью изобретени   вл етс  увеличение мощности и энергии сдвоенных импульсов оптического излучени  с пере- страивае11ьпч временным интервалом между ними. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в кольцевом лазере, содержащем размещенные в резонаторе с возвратным и выходным отражател ми активный элемент, электрооптический затвор, состо щий из пол ризатора, модул ционного элемента и анализатора, при этом возвратный отражатель установлен вне резонатора и оптически св зан с лен на рассто нии S от анализатора, удовлетвор ющем соотношению: Q - t(t - 2tл.) - 1 - X Ь , оптическа  длина резонатора; оптическое рассто ние между пол ризатором и анализатором электрооптического затвора; скорость света; временной интервал между генерируемыми импульсами; врем  прохождени  излучением переменной оптической линии задержки, и в лазер введена переменна  лини  задержки, установленна  между анализатором и возвратным отражателем . На чертеже изображен кольцевой лазер, содержащий отражатели 1, 2, 3, образующие резонатор, в котором расположены активный элемент 4 и электрооптический затвор.5, состо щий из , пол ризатора 6,  вл ющегос  также выходным отражателем, модул ционного элемента 7 и анализатора 8. Вне резонатора на оптическом рассто нии S от анализатора 8 установлен возврат ный отражатель 9. Переменна  оптиче ка  лини  10 задержки установлена м ду анализатором 8 и возвратным отра жателем 9, Размеры резонатора и взаимное расположение оптических элементов св заны соотношением 1 + X +28 ct, что позвол ет, зна  характерное врем  (tj, переменной линии 10 задержки, рассчитывать оптическую схему кольцевого лазера дл  требуемого временного интервала между генерируемыми сдвое ными импульсами Коз зфициент отражени  отражателей 1, 2., 3 близок к единице. Устройство представлено с полувол новым электрорптйческим затвором 5, плоскости пол ризации пол ризатора 6 и анализатора 8 в котором совпадают . Следует отметить, что пол ризато и анализатор в устройстве взаимозамен емы . Устройство может быть осуществлено и с другими конструкци ми электрооптических затворов,.рабо тающих как на проход, так и на отражение , Коэффи1щент отражени  возвратного отражател  9 близок к единице. Принцип работы устройства состоит в следующем. Устройство работает в режиме сдво енных сверхкоротких импульсов оптического излучени  с перестраиваемым временным интервалом между ними, а также в режиме сдвоенных импульсов наносекундной длительности с узким спектром излучени  и перестраиваемым временным интервалом между ними. Режим сдвоенных сверхкоротких импульсов оптического излучени  с перестраиваемым временным интервалом между ними может быть осупдествлен с использованием как активной, так и пассивной синхронизации мод. В первом случае в процессе накачки активного э|1емента 4 на злектрооптичес кий затвор 5 подают сначала предварительный управл ющий импульс напр жени  , обеспечивающий увеличение доб ротности резонатора до 20-60% максимального значени ми модулируют предварительный управл ющий импульс с частотой равной частотному интервалу между модами кольцевого лазера. Большое врем  развити  генерации на этом этапе позв1ол ет в неселективном резонаторе кольцевого лазера осуществить за счет резонансной модул ции добротности фазировку больщого количества мод. Синхронизаци  мод в этом случае приводит к формированию в резонаторе Кольцевого лазера сверхкороткого импульса. Затем в момент, соответствуюпщй развитию генерации, .амплитуду управл ющего импульса напр жени  увеличивают до значени , соответствующего полному открыванию элёктроглтического затвора 5 и максимальному значению добротности резонатор а При этом в резонаторе кольцевого лазера происходит резкое усиление сверхкороткого импульса, который бьш сформирован в процессе медленного развити  генера11ии. Поскольку в кольцевом лазере пол ризатор 6,  вл ющийс  выходным отражателем, и возвратный отражатель 9 не образуют невзаимный элемент дл  создани  однонаправленной генерации, излучение в резонаторе лазера представл ет практически два сверхкоротких импульса, распростран ю-; щихс  во взаимно противоположных-на;правлени х . В момент, соответствующий максимуму плотности излучени  резонатора , амплитуду управл ющего импульса напр жени  измен ют до значени ., соответствующего полному закрытию . электрооптического затвора 5 и минимальному значению добротности резонатора . Тем самым осуществл етс  выведение сфо1даированных сверхкоротких импульсов из резонатора кольцевого лазера. При этом первый сверхкороткий импульс, поступающий на электрооптический затвор 5 со стороны отражател  2, проходит через айализатор 8 без изменени , затем при прохождении через модул ционный элемент 7 плос- , кость пол ризации его излучени  поворачиваетс  на 90, и он выводитс  из резонатора через пол ризатор 6. Второй Сверхкороткий импульс, поступающий на электрооптический затвор 5 со стороны отражател  1, проходит через пол ризатор 6 без изменени , затем при прохождении модул ционного элемента 7 плоскость пол ризации его излзгчени  поворачиваетс  на 90 , авали затором 8 он выводитс  из резонатора, проходит через переменную оптическую линию Ю задержки, отразившись от возвратного отражател  9, оп ть проходит чере  переменную оптическую линию 10 задержки, далее через ана- . лизатор 8 снова поступает на модул цнонньш элемент 7, при прохождении которого плоскость пол ризации второ сверхкороткого -импульса поворачивает с  на 90, он проходит без изменени  через пол ризатор 6, отражаетс  от отражател  1, несколько усиливаетс  .при прохождении через активный элеме 4, отражаетс  от отражателей 3,2,про ходит через анализатор 8, при прохож дении через модул ционный элемент 7 плоскость его пол ризации поворачиваетс  на 90°, и пол ризатором 6он выводитс  из резонатора кольцевого лазера через промежуток времени t (1.+ X + 2S)/с после первого сверхкороткого импульса. Дл  фазировки мод может быть использован и любой другой активный модул тор потерь либо модул тор оптической длины резонатора. При пассивной синхронизации дл  фазировки мод может быть использован насыщающий поглотитель , а выведение сформированных сверхкоротких импульсов из резонатора осуп1ествл бтс  аналогично рассмотренному выше. Дпительность сверх коротких импульсов на выходе кольцевого лазера при рассмотренном режиме генерации определ етс  количеством сфазированных мод. И режтЫе сдвоенных импульсов нано - секундной длительности с узким спект ром излучени  и перестраиваемьш временным интервалом между ними в процессе накачки активного элемента 4 на электрооптический затвор 5 подают сначала предварительный управл ющий импульс напр жени , обеспечивающий увеличение добротности резонатора до 20-60% максимального значени . Большое врем  развити  генерации на этом этапе позвол ет в селективном резонаторе кольцевого лазера сформир вать узкополосное затравочное излуче ние. Затем в момент, соответствующий развитию генерации, амплитуду управл ющего импульса напр жени  увеличивают до значени , соответствующего полногу открыванию электрооптическог затвора 5 и максимальному значению добротности резонатора. При этом происходит резкое усиление узкополос ного излучени , которое в св зи с тем, что пол ризатор 6,  вл ющийс  выходным отражателем, совместно с возвратным отражателем 9 не образует в кольцевом зазоре невзаимных элементов , распростран етс  в резонаторе в двух противоположных направлени х. В момент, соответствующий максимуму плотности излучени  в резонаторе, амплитуду управл ющего импульса напр жени  измен ют до значени , соответствующего полному закрытию электрооптического затвора 5 и минимальному значению добротности резонатора. Тем самым осуществл етс  выведение сформированного излучени  из резонатора Кольцевого лазера аналогично режиму, рассмотренному выше, Предельна  длительность импульса на выходе кольцевого лазера при данном режиме генерации определ етс  временем обхода излучени  по резонатору, а предельно достижима  ширина спектра излучени  соответствует соотношению неопределенности . Устройство может быть осуществлено и с другими конструкци ми электрооптических затворов, а также с различными разновидност ми кольцевых резонаторов . Максимальна  мощность, котора  может быть получена на выходе данного кольцевого лазера, определ етс  соотношением 2 Р где р - плотность мощности; с1 - диаметр активного элемента, т.е. по максимальной мощности выходного излучени  генерируемых сдвоенних Импульсов оптического излучени  с перестраиваемым временным интервалом между ними кольцевой лазер в 2 раза превосходит прототип. При одинаковой длительнЪсти импульсов максимальна  энерги  генерируемьтх 1тмпуЛьсов в данном кольцевом лазере также в 2 раза больше, чем в прототипе. Таким образом, данный кольцевой лазер позвол ет в 2 раза увеличить мощность и энергию сдвоенных импульсов оптического излучени  с перестраиваемьм временным интервалом между ними и значительно расширить диапазон перестройки временного интервала между генерируемыми сдвоенными импульсами оптического излучени . Учитыва , что кольцевой лазер может работать как в режиме сдвоенных сверхкоротких импульсов оптического излучени  с перестраиваемым временньм интервалом между ними, так и в режиме сдвоенных импуль- сов наносекундной длительности с уз- j КИМ спектром излучени  и перестраиваемым временным интервалом между ними, рассмотренные выше преимущества значительно позвол ют расширить область его применени .10

Данное устройство может быть широко использовано в.пикосекундной лазерной спектроскопии, в голографической интерферометрии, при голографи- ческой съемке быстропротекающих процессов парными импульсами, Б лазерных системах св зи и з других област х в качестве источника мощных импульсов оптического излучени .

Claims (1)

1. КОЛЬЦОВОЙ ЛАЗЕР, содержащий размещенные в резонаторе с возвратным, и выходным отражателями активный элемент, электрооптический затвор, состоящий из поляризатора, модуляционного элемента и анализатора, при этом возвратный отражатель установлен вне резонатора и оптически связан с ним, о т ли ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения мощности и энергии