SU923335A1 - Волноводный газовый лазер - Google Patents

Description

ской поверхности, радиус ее кривизны оп редел етс  из соотношени (,-.)R.,+8), где Я - длина волны излучени , б - параметр расстройки, ,7032а, а -больша  сторона внутренней поверхности волноводной разр дной трубки. На фиг. 1 показана конструкци  лазера; на фиг. 2 - схема определени  углов, под которыми расположены грани кристаллов. На фиг. I изображены: лазерное зеркало I, волноводна  разр дна  трубка 2, волноводна  разр дна  трубка 3 пр моугольного сечени , электрод 4, кристалл 5 акустооптического модул тора, входна  грань 6 кристалла, противолежаш,а  поверхность 7 кристалла, внутреннее лазерное зеркало 8, пьезопреобразователь 9, выходное излучение 10. Оптический резонатор состоит из лазерного зеркала 1 и внутреннего зеркала 8, установленного непосредственно на поверхности 7 кристалла 5 акустооптического модул тора . Входна  грань 6 кристалла 5 замыкает волноводную разр дную трубку 3 пр моугольного сечени . Входна  грань 6 кристалла модул тора срезана под углом Брюстера. Противолежаща  ей поверхность 7 расположена перпендикул рно направлению недЕфрагированного лазерного луча, распростран ющегос  внутри кристалла 5 модул тора и касательна  плоскость к ее центру образует с оптической осью резонатора угол а, равный удвоенному дополнительному углу и углу Брюстера. На фиг. 2 показана схема дл  определени  угла а, где щ - показатель преломлени  воздуха, П) - показатель преломлени  кристалла Ge, ф -угол Брюстера. Устройство работает следующим образом. Активна  среда создаетс  в газовом тлеющем разр де, возбуждаемым высоковольтным источником питани , напр жение которого подаетс  на электроды 4 и заполн ет волноводную разр дную трубку 3. Когерентное излучение, возникающее в активной среде, отражаетс  от лазерного зеркала 1, проходит по волноводной трубке 3 и попадает на входную грань 6 кристалла 5 модул тора. Лазерный луч преломл етс  на входной грани 6, срезанной под углом Брюстера и, проход  внутри кристалла 5 модул тора, попадает на противолежащую поверхность 7 кристалла, на которой расположено внутреннее лазерное зеркало 8. Отража сь от лазерного зеркала 8, лазерный луч возвращаетс  в волноводный канал , усиливаетс  в активной среде и попадает на лазерное зеркало 1. Этот процесс многократно повтор етс , так как оптический путь лазерного луча замкнут. При подаче модулирующего напр жени  на пьезопреобразователь 9 в кристалле 5 модул тора возбуждаетс  бегуща  акустическа  волна, котора  образует дифракционную решетку дл  падающей световой волны. Направлени  распространени  звуковой и световой волны образуют между собой угол Брэгга. Дифрагиру  на акустической волне, часть лазерного луча отклон етс  от первоначального направлени  в кристалле , отражаетс  от одной из граней кристалла и выходит (10, фиг. 1) из модул тора . При такой схеме работы модлу тора реализуетс  режим модул ции св зи. Дл  разв зки оптического резонатора при выключенном напр жении модул тора одно из зеркал выполнено полупрозрачным. Частота модулирующего напр жени  определ етс  акустооптическими параметрами кристалла модул тора, в качестве которого дл  модул ции световой волны ,6 мкм . используетс  ие, и заключена в пределах 300-500 МГц. Выходна  мощность излучени  волноводного газового лазера существенно зависит от уровн  потерь внутри резонатора, включающих потери в волноводе, на лазерных зеркалах, потери на выходных окнах и в модул торе. Поэтому существенным вопросом  вл етс  уменьшение потерь внутри оптического резонатора за счет уменьшени  числа используемых оптических внутрирезонаторных элементов и уменьшени  потерь на всех используемых элементах. В данной конструкции лазера входна  грань 6 кристалла 5 модул тора непосредственно замыкает торец волноводной газоразр дной трубки 3 под углом Брюстера к оптической оси резонатора, что позвол ет уменьшить число оптических элементов внутри резонатора и, следовательно, уменьшить потери, которые возникают при использовании выходного окна в газоразр дной трубке. Эти потери складываютс  из потерь на рассе ние и отражение на поверхност х выходного окна и потерь на поглощение в материале окна. Кроме этого , отсутствует свободное пространство между торцом волноводного канала и кристаллом модул тора, что уменьшает потери на согласование лазерного луча в этих элементах. Лазерный луч из волноводной газоразр дной трубки 3 попадает непосредственно в кристалл 5 модул тора и отражаетс  в обратном направлении от зеркала 8 или высокоотражающего покрыти , нанесенного на поверхность 7 кристалла , поверхность 7 расположена перпендикул рно направлению недифрагированного луча, распростран ющегос  внутри кристалла . При этом уменьшаютс  потери на согласование между лучом, проход щим в кристалле, лазерным зеркалом. Если противолежаща  поверхность крисалла выполнена в виде сферической поверхности , то радиус ее кривизны опреде етс .ч из услови  оптимального согласовани  волноводной моды и лазерного пучка в кристалле модул тора. Величина R соответствует соотношению

2иа

1 + 8 .

1 -8 R

где К - длина волны излучени , б - параметр расстройки, Wo 0,7032 а, а - больша  сторона внутренней поверхности волноводной разр дной трубки. Параметр расстройки б зависит от добротности резонатора и суммарного коэффициента усилени . При максимальном усилении активной среды величина б удовлетвор ет соотношению

2тсшЙ

,3

Противолежащую поверхность кристалла можно выполнить в виде цилиндрической поверхности с радиусом кривизны R, определ емым вышеприведенным соотношением. Потери излучени  будут минимальными при толш,ине кристалла, равной, например, меньшей стороне внутренней поверхности волноводной разр дной трубки, т. е. кристалл модул тора  вл етс  продолжением волноводного канала в одной из взаимно перпендикул рных плоскостей.

В случае выполнени  противолежаш,ей поверхности кристалла плоской, внутреннее зеркало, образованное высокоотражаюш ,им покрытием,  вл етс  плоским, что накладывает ограничение на рассто ние между выходным торцом волноводной разр дной трубки и зеркалом. Величина этого рассто ни  / определ етс  из услови  малости потерь, возникающих за счет дифракции излучени  на торце волноводного канала, таким образом, что . При таком выборе рассто ни  / потери на дифракцию остаютс  меньше потерь на поглощение в кристалле модул тора, и можно добитьс  превышени  усилени  активной среды над суммарными внутрирезонаторными потер ми. Габариты пьезопреобразовател  и поперечного сечени  волноводной трубки канала подобраны так, чтобы обеспечить оптимальное согласование объема акустического столба и лазерного пучка, проход щего в кристалле 5.

Другим фактором, обуславливающим уменьшение потерь в резонаторе,  вл етс  уменьшение потерь в самом модул торе. Использование акустооптического модул тора из Ge, работа которого основана на дифракции лазерного луча на ультразвуковой волне позвол ет реализовать режим внутри резонаторной модул ции, так как суммарные оптические потери в таком кристалле на пор док величины меньше потерь в кристалле модул тора из GaAg.

В данном устройстве кристалл модул тора выполн ет одновременно несколько функций: замыкает волноводный канал,  вл етс  продолжением волновода,  вл етс  лазерным зеркалом и модул тором.

Существенным достоинством данного устройства  вл етс  также компактность и

возможность установки всех оптических элементов на одном общем основании, т. е. по вл етс  возможность реализовать конструкцию волноводного лазера интегрального типа. Таким образом, данное

устройство позвол ет устранить недостатки, присущие ранее известным устройствам, и обеспечивают возможность конструировани  малогабаритных волноводных газовых лазеров с внутрирезонаторным модул тором .

Claims (5)

1.Волноводный газовый лазер, содержащий волноводную разр дную трубку пр моугольного сечени  и модул тор, помещенные в оптический резонатор, состо щий из двух зеркал, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  выходной мощности излучени , модул тор выполнен в виде акустооптического шестигранного кристалла , при этом торцева  поверхность волноводной разр дной трубки пр моугольного сечени  замкнута входной гранью кристалла

акустооптического модул тора, установленной под углом Брюстера, а противолежаща  входной грани поверхность кристалла выполнена криволинейной, касательна  плоскость к центру которой составл ет с

оптической осью резонатора угол, равный удвоенному дополнительному углу к углу Брюстера, и на ней расположено одно из зеркал резонатора, причем толщина кристалла модул тора равна меньшей стороне

внутренней поверхности волноводной разр дной трубки.

2.Лазер по п. 1, от л ич а ю щи и с  тем, что противолежаща  входной грани поверхность кристалла выполнена сферической.

3. Лазер поп. 1, отличающийс  тем, что противолежаща  входной грани поверхность кристалла выполнена в виде цилиндрической поверхности.

4. Лазер по пп. 1-3, отличающийс 

тем, что радиус кривизны R противолежащей входной грани поверхности кристалла выбран из соотношени ;

2

-MQ

R .

1-8

1+5

где Я - длина волны излучени , 0,7032 а, а - больша  сторона внутренней поверхности волноводной разр дной

трубки, б - параметр расстройки.

5. Лазер по п. 1, отл и ч а ющи и с  тем, что противолежаща  входной грани поверхность кристалла выполнена плоской, а рассто ние меледу ней и торцом волноводной

разр дной трубки Eie больше, чем 20 а. 78

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

I. Stein А. «Chirp modulated CO2-wavequide laser IEEE. J. Quant Electron, QE-11, 1975, N 8, p. 1.630.

923335

2. Патент США N« 4105953, кл. 331-94,5Q, оиублик. 1978 (прототии).