(54) ЛАЗЕР(54) LASER
Изобретение относитс к измеритель ной и лазерной технике и предназначено дл выравнивани плотности мощности по сечению пучка излучени лазе ра. Известен лазерный резонатор с вращающимс электромагнитным полем вок .руг оси пучка излучени , состо щий из активного.элемента четырех, п ти и более зеркал и не имеющий плоскости, перпендикул рной всем зеркалам, составл ющим кольцевой резонатор ij. Вращение пол в таком устройстве достигаетс при помощи призмы сп тью полными внутренними отражени ми, компенсаци поворота плоскости пол ризации обеспечиваетс фазовой пластиной. Недостатками этого устройства вл ютс сложность изготовлени много гранных призм, отсутствие регулировки угла поворота пол в зависимости от коэффициента усилени активной среды, наличие фазовой пластины. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату вл етс лазер, содержащий активную среду, наход щуюс в резонаторе с зеркалами, в котором вращение электромагнитного пбл вокруг оси пучка излучени (при этом луч пробегает различные участки активного элемента )осуществл етс двум призмами крышками , углы поворота которых устанавливаютс экспериментально 2j, Это устройство имеет сложный вывод излучени из резонатора и низкую эффективность выравнивани плотности мощности по сечению пучка, так как зеркало возвращает лучи в Активный элемент без вращени пол . Недостатком данного устройства вл етс также невозможность осуществлени однонаправленной генерации без искажени формы пучка, выход его цз резонатора излучени . Цель изобретени - повышение выравнивани плотности мощности излу чени . .Это достигаетс тем, что в резонаторе между зеркалами помещены две цилиндрические линзы, расположенные так, чтобы их совмещенна фокусна лини находилась вне плоскости, перпендикул рной всем зеркалам, и остав л с ней угол, отличный от пр мого угла. На чертеже схематично изображен предлагаемый лазер. Лазер содержит зеркало 1 резонатора , зеркало 2 резонатора с коэффициентом отражени 100%, цилиндрическую линзу 3, совмещенную фокусную линию 4, цилиндрическую линзу 5, оптическую ось кольцевого резонатора 6 зеркало 7 резонатора с коэффициентом отражени 100%, активный элемент 8. Цилиндрические линзы имеют различны фокусные рассто ни . Вращение электромагнитного пол о носительно оси пучка излучени в лазерном резонаторе осуществл етс следующим образом. Б процессе генера ции излучени луч, параллельный оси пучк излучени кольцевого резонатор 6j отклон етс , цилиндрическими линз ми 3 и 5 симметрично относительно с мещенной фокусной линии 4. Лазерный резонатор, который образован зеркалами 1,2 и 7 (число зеркал и линз может быть любым)имеющим плоскость, перпендикул рно всем зеркалам, образующим резонатор, возвращает луч по кольцу к цилиндрическим линзам, но по пути, отличному от исходного пути луча, пересекает активный элемент в точках несовпадающих с исход ным пучком излучени . Далее процесс многократно повтор етс -. Особенно нагл дно вращение элект ромагнитного пол двум цилиндричес кими линзами, помещенными вместе с активным элементом в резонатор, образованный двум плоскопараллельны ми зеркалами. Причем фокусна лини каждой цилиндрической линзы находит с в плоскости ближайшего зеркала, цилиндрические линзы ориентированы КИМ образом, чтобы их фокусные линии не имели общей плоскости, так как в случае совпадени фокусных линий с общей дл них плоскостью будет наименьшей эффективный коэффициент выравнивани , равньш двум, т.е. один И ТОТ же луч проходит две точки активного элемента. При взаимно перпендикул рной ориентации фокусных линий, а соответственно и линз эффективность выравнивани повыситс до четырех, т.е. один и тот же луч будет проходить четыре не (овпадагадие точки активного элемента. Дл повышени шлравиивани плотности мощности необходимо выбирать промежуточные углы от нулевого до пр мого, потому, что углы О и 90 приведут к наименьшему выраниванию плотности мощности по сечению пучка. В такой разновидности резонатора зеркала, плоскопараллельные друг к другу, наход тс в жестких услови х. В лазерном резонаторе, образованном трем и более зеркалами, фокусна лини , имеюща максимальную плотность мощности, не совпадает с плоскостью зеркала ( что облегчает его режим работы)и совпадает с фокусной линией другой цилиндрической линзы. Это приводит к тому, что совмещенна фокусна лини в пространстве должна иметь положение, не совпадающее с плоскостью, перпендикул рной всем зеркалам, что создает наименьший коэффициент выранивани . При равенстве фокусных рассто ний цилиндрических линз в трехзеркальном (и более)резонаторе с совмещенной фокусной линией луч проходит многократно через различные участки активного элемента, лежащие на замкнутой окружности с центром, совпадаклцим с осью пучка излучени , при этом оба направлени генерации кольцевого лазера равнозначны , а выравнивание плотности мощности будет по кольцам. Цилиндрические линзы имекодае различные фокусные рассто ни в кольцевом резонаторе, при совмещении фокусных линий в одну общую вращают электромагнитное поле таким образом, что луч проходит многократно через различные участки активного элемента, лежащие на кривой, имеющей форму спирали . При этом в лазере развиваетс однонаправленна генераци , так как дл одной в.олны спираль сжимак ца с , а дл обратной волны спираль расшир гаца с , что приводит к анизотропии добротности лазерного резонатора и,. как следствие к однонаправленной генерации без искажени форьв пучка и к распределению плотности мощности по сечению йучка выход щего излучени The invention relates to measuring and laser technology and is intended to equalize the power density over the cross section of a laser radiation beam. A laser resonator with a rotating electromagnetic field is woven around the axis of the radiation beam, consisting of an active element of four, five or more mirrors and not having a plane perpendicular to all mirrors constituting the ring resonator ij. The rotation of the field in such a device is achieved with the help of a prism with complete internal reflections, and the compensation of the rotation of the polarization plane is provided by the phase plate. The disadvantages of this device are the difficulty of manufacturing many faceted prisms, the lack of adjustment of the field rotation angle depending on the gain of the active medium, the presence of a phase plate. The closest to the invention to the technical essence and the achieved result is a laser containing an active medium in a resonator with mirrors, in which the electromagnetic pbl rotates around the beam axis (with the beam running through different parts of the active element) with two prisms the rotation angles of which are set experimentally 2j. This device has a complex output of radiation from the resonator and low efficiency of power density equalization over the beam section, since the mirror Halo returns the rays to the Active Element without rotating the field. The disadvantage of this device is the impossibility of unidirectional generation without distorting the shape of the beam, its output in a radiation resonator. The purpose of the invention is to improve the equalization of the radiation power density. This is achieved by placing two cylindrical lenses in the resonator between the mirrors so that their combined focal line is out of the plane perpendicular to all mirrors and leaves a non-right angle with it. The drawing schematically shows the proposed laser. The laser contains a resonator mirror 1, a resonator mirror 2 with a reflection coefficient of 100%, a cylindrical lens 3, a combined focal line 4, a cylindrical lens 5, the optical axis of the ring resonator 6, a resonator mirror 7 with a reflection coefficient of 100%, the active element 8. Cylindrical lenses have different focal lengths. The rotation of the electromagnetic field about the axis of the radiation beam in the laser resonator is carried out as follows. In the process of generating radiation, the beam parallel to the axis of the radiation beam of the ring resonator 6j is deflected by cylindrical lenses 3 and 5 symmetrically with respect to the spot line 4. The laser resonator, which is formed by mirrors 1,2 and 7 (the number of mirrors and lenses can be any ) having a plane, perpendicular to all the mirrors forming the resonator, returns the beam along the ring to cylindrical lenses, but along a path different from the original path of the beam, it intersects the active element at points that do not coincide with the original radiation beam. Then the process is repeated many times -. The rotation of the electromagnetic field by two cylindrical lenses, placed together with the active element in the cavity formed by two plane-parallel mirrors, is especially obvious. Moreover, the focal line of each cylindrical lens is located in the plane of the nearest mirror, the cylindrical lenses are oriented by the CIM so that their focal lines do not have a common plane, since if the focal lines coincide with their common plane, the smallest effective alignment factor will be equal to two, t . One and the same beam passes two points of the active element. With mutually perpendicular orientation of the focal lines, and accordingly the lenses, the alignment efficiency will increase to four, i.e. the same beam will go through four non-active points. (To increase the active element points. To increase the density of the power density, it is necessary to choose intermediate angles from zero to direct, because the O and 90 angles will lead to the smallest alignment of the power density across the beam section. the resonator mirrors that are plane parallel to each other are in harsh conditions. In a laser resonator formed by three and more mirrors, the focal line having the maximum power density does not coincide with the plane ala (which facilitates its mode of operation) and coincides with the focal line of another cylindrical lens. This leads to the fact that the combined focal line in space must have a position that does not coincide with the plane perpendicular to all mirrors, which creates the smallest alignment factor. the focal lengths of cylindrical lenses in a three-mirror (and more) resonator with a combined focal line, the beam passes many times through different parts of the active element lying on a closed circle with a center, the same CIM with the radiation beam axis, the two directions of the ring laser generating equivalent, and the power density of the alignment will be along the rings. Cylindrical lenses and different focal lengths in a ring resonator, when combining focal lines in one common, rotate the electromagnetic field in such a way that the beam passes many times through different sections of the active element lying on a spiral-shaped curve. In this case, a unidirectional generation develops in the laser, since for one wave the coil is a pinch, and for a backward wave, the coil is an extension of a Hz, which leads to anisotropy of the Q-factor of the laser resonator and. as a result, to unidirectional generation without distortion for the beam and to the power density distribution over the output radiation section of the beam
близкому у гауссову, а при больших коэффициентах.усилени активной средконус ообр аз ной.close to a Gaussian, and at large coefficients. amplifications of the active medium cone.
Использование цилиндрических линз выгодно отличает предлагаемый лазерньй резонатор от известного так как даже.в режиме непрерывной генерации, что обеспечено малыми потер ми, луч никогда не встречаетс с исходным, следовательно, частота лазерного излучени определ етс здесь только резонансшми свойствами активной среды . Таким образом, предлагае1 1й лазерный резонатор обладает повьппенной стабильностью частоты при простоте изготовлени и котировки, а также при минималыых потер х.The use of cylindrical lenses favorably distinguishes the proposed laser resonator from the known one, since even in continuous generation mode, which is provided with small losses, the beam never meets the initial one, therefore, the laser radiation frequency is determined here only by the resonant properties of the active medium. Thus, the proposed 1 st laser resonator possesses a higher frequency stability with ease of fabrication and quotation, as well as with minimal loss.