SU1669025A1

SU1669025A1 - Single-frequency laser

Info

Publication number: SU1669025A1
Application number: SU894678671A
Authority: SU
Inventors: Николай Дмитриевич Миловский; Николай Арсентьевич Маркелов; Владимир Анатольевич Ильин
Original assignee: Горьковский государственный университет им.Н.И.Лобачевского
Priority date: 1989-04-11
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1991-08-07

Abstract

Изобретение относитс к квантовой электронике. Цель изобретени - повышение стабильности мощности и частоты излучени за счет создани в резонаторе дополнительной обратной св зи. Лазер состоит из двух св занных резонаторов, содержащих четыре зеркала, из которых первое и третье глухие, а второе полупрозрачное. Активное вещество помещено между первым и вторым зеркалами, второе зеркало ориентировано наклонно к оптической оси, а третье и четрвертое - нормально относительно проход щего и отраженного от второго зеркала лучей. В системе создаетс дополнительна кольцева обратна св зь за счет п того глухого зеркала, помещенного между первым зеркалом и полупрозрачным четвертым зеркалом. Причем первое и п тое зеркала ориентированы между собой так, что обеспечивают нормальное падение луча, отраженного от первого зеркала, на поверхность четвертого зеркала. 1 ил.This invention relates to quantum electronics. The purpose of the invention is to increase the stability of the power and frequency of the radiation by creating additional feedback in the cavity. The laser consists of two coupled resonators containing four mirrors, of which the first and third are deaf, and the second is translucent. The active substance is placed between the first and second mirrors, the second mirror is oriented obliquely to the optical axis, and the third and fourth is normal relative to the rays transmitted and reflected from the second mirror. An additional ring feedback is created in the system due to a fifth deaf mirror placed between the first mirror and the translucent fourth mirror. Moreover, the first and fifth mirrors are oriented with each other in such a way that they ensure the normal incidence of the beam reflected from the first mirror onto the surface of the fourth mirror. 1 il.

Description

Изобретение относитс к области квантовой электроники и может быть использовано в голографии и спектроскопии.This invention relates to the field of quantum electronics and can be used in holography and spectroscopy.

Целью изобретени вл етс повышение стабильности мощности и частоты излучени лазера за счет создани в резонаторе дополнительной обратной св зи .The aim of the invention is to increase the stability of the power and frequency of the laser radiation by creating additional feedback in the resonator.

На чертеже приведена принципиальна схема лазера.The drawing shows a schematic diagram of the laser.

Лазер содержит зеркала 1-5 и активный элемент 6.The laser contains mirrors 1-5 and the active element 6.

Лазер работает следующим образом.The laser works as follows.

При возбуждении активной среды с ее торцовых поверхностей излучаютс электромагнитные волны, которые распростран ютс против и по часовой стрелке соответственно. Часть каждой волны проходит через полупрозрачное зеркало 4 по цепи внешней обратной св зи и попадает на противоположную торцовую поверхность активного элемента. Друга часть каждой волны, отража сь от зеркал 3 и 4, возвращаетс обратно на ту торцовую поверхность, с которой оно стартовало.When the active medium is excited, electromagnetic waves are emitted from its end surfaces, which propagate against and in a clockwise direction, respectively. A part of each wave passes through the semitransparent mirror 4 through an external feedback circuit and falls on the opposite end surface of the active element. Another part of each wave, reflected from mirrors 3 and 4, returns back to the front surface with which it started.

Таким образом, через зеркало 4 и наклонные зеркала 5 и 1 осуществл етс св зь между пол ми йа противоположных границах активной среды, и, следовательно, образуетс независима цепь обратной св зи, проход ща вне активного элементаThus, through the mirror 4 and the inclined mirrors 5 and 1 there is a connection between the fields of the opposite boundaries of the active medium, and, therefore, an independent feedback circuit is formed, passing outside the active element

Величина внешней обратной св зи, определ юща с коэффициентом пропускани Г4 зеркала 4, вли ет на все характеристики генерируемой одночастотОThe magnitude of the external feedback, which determines the transmittance G4 of the mirror 4, affects all the characteristics of the generated single frequency.

оabout

ЮYU

оabout

ЮYU

елate

ным лазером моды, включа ее частоту и структуру внутрирезонаторного пол . При достаточно малом пропускании через зеркало 4mode laser, including its frequency and the structure of the intracavity field. With a sufficiently small transmission through the mirror 4

О Г4/( 1 -Гц - V ( 1 - Г4 ) 2 ( 1 -Г2 )/ГO G4 / (1 -Hz - V (1 - G4) 2 (1 -G2) / G

где Т2 - коэффициент пропускани второго зеркала, внутрирезонаторное поле имеет вид двух встречных волн примерно равных интенсивностей, отношение которых К2 на границе активного сло со стороны зеркала 4 близко к единице.where T2 is the transmittance of the second mirror, the intracavity field has the form of two opposite waves of approximately equal intensities, the ratio of which is K2 at the boundary of the active layer on the side of mirror 4 is close to unity.

При дальнейшем увеличении св зи через зеркало 4 получает все большее пре- имущество волна, распростран юща с против часовой стрелки. Кольцева обратна св зь становитс главным фактором в формировании резонансного колебани , а система зеркал 2 и 3 все более играет роль вентил , который подавл ет в структуре резонансной моды волну, бегущую по часовой стрелке. В результате, вместе с увеличением К отношени интенсивностей двух встречных пучков быстро растет пороговое усиление на наиболее добротных модах, и одновременно уменьшаетс различие между ним и пороговым усилением на ближайших менее добротных резонансных колебани х. В пределе при Гц - 1 потери всех резонансных мод, собственные частоты которых разделены сравнительно узким частотным интервалом Aw с/( LI + )1;где Li, - рассто ни между 1 и 5, 2 и 4 зеркалами соответ- ственно, оказываютс одинаковыми и резонатор тер ет свои основные качества устройства дл селекции генерируемых лазером частот. В целом по мере увеличени прозрачности зеркала 4 резонансные свой- ства св занного резонатора приближаютс к резонансным свойствам парциального резонатора , образованного в кольцевой полости зеркалами 4-5-1-2-4, а вклад парциального резонатора с зеркалами 4-5- 1-3 в формирование высокодобротного колебани постепенно уменьшаетс . Это означает, в частности, что все менее существенное вли ние на характеристики одно- частотного режима генерации лазера оказывают малые изменени (флуктуации) рассто ни между 2 и 3 зеркалами и коэффициента пропускани Гз зеркала 3.With a further increase in communication through the mirror 4, an increasing advantage of a wave propagating counterclockwise is becoming increasingly advantageous. The ring feedback becomes the main factor in the formation of resonant oscillations, and the system of mirrors 2 and 3 increasingly plays the role of a valve that suppresses a wave running clockwise in the structure of the resonant mode. As a result, together with an increase in the K ratio of the intensities of two opposite beams, the threshold gain in the highest quality modes rapidly increases, and at the same time the difference between it and the threshold amplification in the nearest lower quality resonant oscillations decreases. In the limit at Hz - 1, the losses of all resonant modes, whose eigenfrequencies are separated by a relatively narrow frequency interval Aw with / (LI +) 1, where Li and are the distances between 1 and 5, 2 and 4 mirrors, respectively, are the same and the resonator loses its basic qualities of a device for selecting laser-generated frequencies. In general, as the transparency 4 increases, the resonant properties of the coupled resonator approach the resonant properties of the partial resonator formed in the annular cavity by mirrors 4-5-1-2-4, and the contribution of the partial resonator with mirrors 4-5-1-3 in the formation of high-quality oscillation is gradually reduced. This means, in particular, that small changes (fluctuations) in the distance between 2 and 3 mirrors and the transmittance Gz of mirror 3 have an all less significant effect on the characteristics of the single-frequency mode of laser generation.

В области малой св зи через зеркало 4,In the area of small communication through the mirror 4,

. .

где роль парциального резонатора с зерка лами 4-5-1-3 еще достаточно велика, флуктуации коэффициентов отражени зеркал 2 и 3 мало измен ют пороговое условие генерации на высокодобротной резонанснойwhere the role of the partial resonator with mirrors 4–5–1–3 is still sufficiently large, the fluctuations of the reflection coefficients of mirrors 2 and 3 do little change the threshold lasing condition on the high-Q resonance

. .

,,

Ю YU

15 20 25 30 35 40 5 50 15 20 25 30 35 40 5 50

5555

моде, а флуктуации прозрачности зеркала 4 не мен ют его совсем. Эти флуктуации вызывают смещение спектра резонансных частот парциального резонатора с зеркалами 4-5-1-3 относительно спектра резонансных частот парциального резонатора 4-5- 1-2-4. Из-за смещени спектров измен етс величина св зи парциальных резонаторов, что и приводит к сохранению структуры внутреннего пол и потерь резонансной моды св занного резонатора. Изменени , возникающе из-за флуктуации величин Г2 , Гз , Т4 и флуктуации рассто ни (), корр елированы друг с другом, потому что происход т из-за движени одних и тех же зеркал 2, 3 и 4. Эти коррелированные флуктуации разности оптических путей, образующиес из-за движени зеркал и имеющие несколько разную природу, частично компенсируют друг друга. Така компенсаци эквивалентна автоподстройке длины резонатора 4-5-1-3, и в ней про вл етс стабилизирующее вли ние дополнительной цепи обратной св зи.mode, and the fluctuations of the transparency of the mirror 4 do not change it at all. These fluctuations cause a shift in the spectrum of the resonant frequencies of the partial resonator with mirrors 4-5-1-3 relative to the spectrum of the resonant frequencies of the partial resonator 4-5-1 1-2-4. Due to the shift of the spectra, the coupling magnitude of the partial resonators changes, which leads to the preservation of the internal field structure and the loss of the resonant mode of the coupled resonator. The changes resulting from fluctuations of the values of G2, G3, T4 and distance fluctuations () are correlated with each other because they occur due to the movement of the same mirrors 2, 3 and 4. These correlated fluctuations of the optical difference paths formed by the movement of mirrors and having a slightly different nature, partially compensate each other. Such compensation is equivalent to self-tuning of the length of the resonator 4-5-1-3, and the stabilizing effect of the additional feedback circuit appears in it.

В силу конструктивных особенностей св занного резонатора флуктуации местоположени зеркала 4 не измен ют резонан- сных частот и других характеристик парциального резонатора с зеркалами 4-5- 1-2-4, Это приводит к уменьшению дестабилизирующего действи движени зеркал 2, 3 и 4 на характеристики одночастотной генерации.Due to the design features of the coupled resonator, fluctuations in the position of mirror 4 do not change the resonant frequencies and other characteristics of the partial resonator with mirrors 4-5-1-4-4. This leads to a decrease in the destabilizing effect of the movement of mirrors 2, 3 and 4 on the characteristics single frequency generation.

Claims

Invention Formula

A single-frequency laser comprising a resonator consisting of (in-hole mirrors and an active medium located between the first and second mirrors, in which the first and third mirrors are fully reflective, and in the mountain mirror is semi-transparent, while the second mirror is oriented obliquely towards optical axis, and the third and fourth z; rkala are normal to the axis in the direction of the rays, respectively transmitted and reflected from the second mirror, characterized in that, in order to increase the stability of the power and frequency of the laser radiation by creating additional feedback, a fifth mirror is additionally introduced into the resonator, which is completely reflective and located in the path of the beam that passes through the fourth mirror, the first, second and fifth mirrors form a closed loop, and the transmittance of the fourth mirror lies within

516690256

O {T4 / (1 - G4 - V (1 - T4) J 2 (1 - G2 XR, where T5, G4 are the transmittance of the second and fourth mirrors, respectively