Устройство для управления добротностью лазерного резонатора

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДОБРОТНОСТЬЮ ЛАЗЕРНОГО РЕЗОНАТОРА, включающее установленный в резонатор электрооптический модулятор, схему поджига, выход которой соединен с вакуумным искровым реле, содержащим катод, и стабилизированный источник питания, выходы которого соединены с схемой поджига и вакуумным искровым реле, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона длительности импульса лазерного излучения, в устройство введены формирователь упразляннцего импульса, линия задержки и безындуктивный резистор , причем электрооптический модулятор вьтолнен четвертьволновым, а между выходом вакуумного искрового реле и входом электрооптического модулятора последовательно включены формирователь управляющего импульса, выполненный в виде отрезка коаксиальной линии с центральным и периферийным проводниками длиной 2-100 м, и линия задержки, состоящая из второго отрезка коаксиальной линии с центральным и периферийным проводниками длиной 10-20 м с таким же волновым сопротивлением согласованной нагрузки и разделительного конденсатора , при этом вход формирователя соединен одним концом центрального проводника отрезка коаксиальной линии с выходом вакуумного искрового реле, а периферийным проводником с того же конца отрезка с центральным проводником на входе второго отрезка коаксиальной линии, g выход формирователя разомкнут, выход центрального проводника второго отО ) резка коаксиальной линии соединен с с согласованной нагрузкой и через разделительный конденсатор - с входом S электрооптического модулятора, кас тод вакуумного искрового реле соединен с заземленным безындуктивным резистором, а третий выход стабилизированного источника питания соединен с входом электрооптического мосо 1:л дулятора . 2. Устройство по п. 1, отлиэо 65 чающееся тем, что, с целью повьшения помехоустойчивости, между О) выходом схемы поджига и входом вакуумного и искрового реле включены кабельный трансформатор с обмотками и демпферный диод с анодом, при этом первичная обмотка кабельного трансформатора соединена с схемой поджига, один конец вторичной обмотки кабельного трансформатора соединен с анодом демпферного диода, а другой - с катодом вакуумного игкрового реле.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПЛ ЛИК

0% <311

Зад Н 01 S 3/» Г ю",сК;;=;™ - 9

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЬНr.-.,I1ÈÎTIr Ê/

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3441381/18-25 (22) 24.05.82 (46) 23, 10.84. Бюл. ". 39 (72) В.Б. Воробьев, Ю.Г..Катошин, Л.Я. Полонский и Л.Н. Пятницкий (71) Институт высоких температур

АН СССР (53) 621 ° 375.8(088.8) (56) 1. Bruce Н. Drivinp Rocckels

Cells in Nulty .arm T,asers. IFFF. Conference Record of 13 " Pulse .Pover

Nodulation Svmposyum, Buffa1,о, 1978, р. 5-8.

2. Колесников Г.В. и др. "Блок питания затвора БПЗ-2Л". Приборы и техника эксперимента, 19?2, и 6, с. 233. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

ДОБРОТНОСТЬЮ ЛАЗЕРНОГО РЕЗОНАТОРА, включающее установленный в резонатор электрооптический модулятор, схему поджига, выход которой соединен с вакуумным искровым реле, содержащим катод, и стабилизированный источник питания, выходы которого соединены с схемой поджига и вакуумным искровым реле, о т.л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона длительности импульса лазерного излучения, в устройство введены формирователь управляющего импульса, линия задержки и безындуктивный резистор, причем электрооптический модулятор выполнен четвертьволновым, а между выходом вакуумного искрового реле и входом электрооптического модулятора госледовательно включены формирователь управляющего импульса, выполненный в виде отрезка коаксиальной линии с центральным н периферийным проводниками длиной 2-100 м, Ф и линия задержки, состоящая из второго отрезка коаксиальной линии с центральным и периферийным проводниками длиной 10- 20 м с таким же волновым сопротивлением согласованной нагрузки и разделительного конденсатора, при этом вход формирователя соединен одним концом центрального проводника отрезка коаксиальной линии с выходом вакуумного искрового реле, а периферийным проводником с того же конца отреэка— с центральным проводником на входе второго отрезка коаксиальной линии, выход формирователя разомкнут, выход центрального проводника второго отрезка коаксиальной линии соединен с согласованной нагрузкой и через разделительный конденсатор — с входом электрооптического модулятора, катод вакуумного искрового реле соединен с заземленным беэындуктивным резистором, а третий выход стабилизированного источника питания соединен с входом электрооптического модулятора.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, между выходом схемы поджига и входом ва,куумного и искрового реле включены кабельный трансформатор с обмотками и демпферный диод с анодом, при этом первичная обмотка кабельного трансформатора соединена с схемой поджига, один конец вторичной обмотки кабельного трансформатора соединен с анодом демпферного диода, а другой — с катодом вакуумного искрового реле.

1095866

Изобретение относится к лазерной технике, более конкретно, к устройству для управления добротностью резонатора, и может быть использовано в передвижных или малогабарит- 5 ных лазерах, предназначенных для диагностики плазмы, лазерной локации, связи (в частности, тех, которые эксплуатируются в полевых условиях или на транспорте), для получения так на зываемого гигантского импульса лазерного излучения регулируемой в наносекундном диапазоне длительности,точно синхронизируемого с запуском внешних устройств, например регистратора характеристик оптического излучения.

Известно устройство j1) для управления добротностью лазерного резонатора, содержащее разрядник избыточного давления с системой кондициониро.20 вания и прокачки газа, схему поджига разрядника, электрооптический модулятор и стабилизированный источник питания.

Известное устройство позволяет уп->5 равлять добротностью лазерного резонатора и получать в заданный момент времени с наносекундной точностью гигантский импульс лазерного излучения с регулируемой в наносекундном ЗО диапазоне длительностью.

Недостатком указанного устройства являются значительные габариты, ограничивающие область его применения стационарными лазерными установками, вследствие использования разрядника избыточного давления на элегазе (шестифтористая сера), разлагающемся при работе разрядника на токсичные и непригодные для нормальной работы щ разрядного промежутка компоненты, что делает необходимой систему кондиционирования и прокачки газа. В случае использования других газов (например азота) система кондициони- <5 рования и прокачки газа несколько упрощается, но ухудшаются параметры разрядника.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для управления добротностью лазерного резонатора, включаюmee установленный в резона" îð электрооптический модуля" îð, схему поджига, выход которой соединен с вакуумно-искровым реле, содержащим катод, и стабилизированный источник питания, выходы которога соединены с схемой поджига и и вакуумно-искровым реле (2) .

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности регулирования длительности лазерного импульса без изменения параметров резонатора (потери в электрооптическом модуляторе уменьшаются и первоначальное состояние восстанавливается только через 300 мкс вследствие экспоненциальной формы управляющего импульса с большой постоянной времени).

Кроме тога, в известном устройстве невозможно осуществить точную синхронизацию лазерного импульса с внешними устройствами из-эа наличия разброса во времени срабатывания схемы поджига и вакуумного искрового реле (20--40 нс). Оно обладает низкой точностью поддержания добротности оптимальной в открытом состоянии электрооптического модулятора из-за экспоненциальной формы управляющего импульса, подаваемого на модулятор (скол вершины до 207.), и недостаточной надежностью, связанной с возможностью прохождения помехи, возникающей при срабатывании вакуумного искрового реле„ на схему поджига и внешние устройства, осуществляющие запуск этой схемы, а также с использованием электрооптического модулятора в голуволновам режиме, при котором необходимо применять высокие управляющие напряжения, что повышает вероятность пробоя изоляции и модулирующего кристалла. Применение полуволнового электроогтическаго модулятора закрытого при отсутствии на нем напряжения, затрудняет юстировку лазерного резонатора, делая необходимым условием ее выполнения подачу постоянного высокого напряжения на модулятор.

К недостаткам следует также отнести необходимость располагать вакуумное искровое реле в непосредственной близости от электрооптического модулятора (не более

400 мм) из-эа отсутствия согласавания в линии подачи управляющего импульса.

Цель изобретения — расширение диапазона длительности импульса лазерного излучения. При этом повышается точность возникновения генерации и надежность устройства.

1095866 4

5 !

55

Поставленная цель достигается тенг, что в устройство для управления добротностью лазерного резонатора, включающее установленный в резонатор электрооптический модулятор, схему поджига, выход которой соединен с вакуумным искровым реле, содержащим катод, и стабилизированный источник питания, выходы которого соединены с схемой поджига н вакуумным искровым реле, введены формирователь управляющего импульса, линия задержки и безындуктивный резистор, причем электрооптический модулятор выполнен четвертьволновым, а между выходом вакуумного искрового реле и входом электрооптического модулятора последовательно включены формирователь управляющего импульса, выполненный в виде отрезка коаксиальной,ггинии с центральным и периферийным проводниками длиной

2-100 м, и линия задержки, состоящая из второго отрезка коаксиальной линии с центральным и периферийным проводниками длиной 10-20 4 с таким же волновым сопротивлением согласованной нагрузки и разделительного конденсатора, при этом вход формирователя соединен одним концом центрального проводника отрезка коаксиальной линии с выходом вакуумного искрового реле, а периферийным проводником с того же конца отрезка — с центральным проводником на входе второго отрезка коаксиальной линии, выход формирователя разомкнут, выход. центрального проводника второго отрезка коаксиальной линии соединен с согласованной нагрузкой и через разделительный конденсатор — с входом электрооптического модулятора, катод вакуумного искрового реле соединен с заземленным безындуктивным резистором, а третий выход стабилизированного источника питания соединен с входом электрооптического модулятора, при этом для повышения помехоустойчивости, между выходом схемы поджига и входом вакуумного искрового реле включены кабельный трансформатор с обмотками и демпферный диод с анодом, при этом первичная обмотка кабельного трансформатора соединена с схемой поджига, один конец вторичной обмотки кабельного трансформатора соединен с анодом демпферного диода, а другой — с катодом вакуумного искрового реле.

Такое выполнение устройства позволяет осуществить регулирование длительности лазерного импульса (в сторону укорочения по сравнению с известным устройством) без изменения параметров резонатора варьированием продолжительности открывания электрооптического модулятора добротности, равной длительности прямоугольного управляющего импульса, подаваемого иа модулятор, которая, в свою очередь, определяется длиной отрезка коаксиальной линии, используемой в качестве формирователя, и может быть легко изменена до необходимой величины. Введение в устройство линии задержки и безындуктивного резистора (в катодную цепь вакуумного искрового реле) поBbI1fIBpT точность синхронизации внешних устройств с моментом лазерной генерации до долей наносекунды, поскольку сигнал с этого резистора может быть использован в качестве

1синхроимпульса, а тогда точность синхронизации не зависит от разброса момента срабатывания устройства (20 нс), а определяется точностью измерения длины коаксиальной линии, задерживающей импульс управления модулятором; кроме того, наличие задержки в виде согласованной коаксиальной линии позволяет удалить устройство от лазерного резонатора на длину этой линии (практически 1020 м), увеличив его надежность вследствие уменьшения при удалении уровня помех от работы ламп накачки лазера.

Использование в данном устройстве четвертьволнового модулятора позволяет снизить в два раза величину управляющего напряжения, повысить надежность устройства и упростить процесс юстировки резонаторе., поскольку четвертьволновый злектрооптический модулятор открыт при отсутствии напряжения на нем.

Кроме того, управление модулятором добротности при помощи прямоугольного импульса позволяет поддерживать добротность максимальной в течение всего времени ллз< Рной генерации и, следовательно, повысить выход световой энергии, и тем

1095866

50 с.амым, коэффициент полезного действия лазера.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства для модуляции добротности лазерного резонатора, Устройство содержит схему 1 поджига, выход которой соединен через кабельный трансформатор 2 и демпферный высоковольтный диод 3 с входом вакуумного искрового реле 4, катод которого эаземлен через безиндуктивный резистор 5, а выход соединен через формирователь 6 управляющего импульса и линию задержки, в состав которой входят отрезок коаксиальной линии 7, согласованная нагрузка 8 и разделительный конденсатор 9 с электрооптическим модулятором 10 добротности. В устройстве имеется стабилизированный источник 11 питания.

Устройство работает следующим образом.

Импульс запуска усиливается схемой 1 поджига до уровня 3 кВ, при этом формируется фронт импульса (10 нс), и поступает через кабельный трансформатор 2 с коэРхициентом трансформации 1:3 и демпферный высоковольтный диод 3 на поджиt гающий электрод вакуумного искрового реле 4. При этом проходят положительные импульсы только в направлении к вакуумному искровому реле, что предотвращае-, попадание

BûñокîBoïbòn0гo положительного импульса, возникающего при пробое вакуумного искрового реле на поджигающем электроде, в схему поджига и внешние устройства. После пробоя основного промежутка вакуумного искрового реле 4 через него н безинgуктивный резистор 5, являющийся источником синхроимпульса (СИ), происходит разряд формирователя 6 управляющего импульса. Поскольку формирователь 6 выполнен в виде отрезка коаксиальной линии, при его разряде генерируется прямоугольный импульс, длительность которого определяется длиной этого отрезка.

Прямоугольный управляющий импульс поступает через линию задержки на электрооптический модулятор 10, причем продолжительность задержки определяется длиной коакспальной линни 7.

На элсктрооптический модулятор 10 от стабилизированного источника 11 питания подан постоянный запирающий потенциал, равный четвертьволновому напряжению„ его полярность противоположна полярности управляющего импульса. На время, равное длительности последнего, происходит компенсация запирающего потенциала и электрооптический модулятор открывается, его пропускание поддерживается при этом с постоянной точностью, определяемой сколом вершины управляюще-. го импульса (2-3%) . Стабилизированный источник питания осуществляет также зарядку формирователя и обеспечивает работу схемы поджига. Управляющий импульс имеет фронты (10 нс, его длительность может варьироваться от единиц до нескольких наносекунд, разброс времени появления не превышает 10 нс. Этот разброс не влияет на точность синхронизации с внешними устройствами для регистрации параметров лазерного излучения или других измерений, поскольку они могут быть запущены заранее от синхроимпульса, при этом точность связана только с точностью измерения длины коаксиальной линии, входящей в состав линии задержки, и оптического пути лазерного излучения от электрооптического модулятора до регистратора излучения.

Таким образом, наличие синхроимпульса, опережающего управляющий модулятором импульс, позволяет осуществить тОчную синхронизацию момента лазерной генерации с запуском внешних устройств с учетом необходимого для нх запуска времени.

Разброс времени срабатывания вакуумного искрового реле не оказывает при этом влияния на точность указанной синхронизации. Это обеспечивает укаэанную выше точность управления добротностью лазерного резо1 натора в пределах долей н единиц нс.

Указанное выполнение устройства позволяет также расширить диапазон длительности лазерного импульса прн управлении добротностью лазерного резонатора беэ изменения его параметров в сторону укорочения по сравнению с известным устройством (прототипом) с 20-150 нс в зависи-. мости от его параметров до единиц наносекунд с воэможностью получения

1095866

Составитель

Техред Л.Мик еш

Корректор В. Гирняк

Редактор П. Горькова

Заказ 7073/4 Тираж 590 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 лазерных импульсов с любой промежул очной внутри указанного диапазона длительностью.

Выполнение электрооптического модулятора в данном устройстве в четвертьволновом варианте позволяет уменьшить в 2 раза управляющее напряжение по сравнению с полуволновым модулятором в прототипе, уменьшив тем самым вероятность пробоев, и 10 повысить надежность устройства. При этом одновременно облегчается юстировка резонатора из-за того, что четвертьволновой модулятор открыт в отсутствие напряжения на нем. Надеж- 15 ность повышается также и за счет введения защитного каскада, который предотвращает попадание высоковольтного импульса помехи из цепи управляющего электрода при пробое вакуумного 20 искрового реле, способного вызвать сбои в работе схемы поджига и внешних устройств, что проявляется в виде ложных срабатываний. Кроме того, наличие кабельной линии задержки позволяет удалить устройство от резонатора на длину кабеля, уменьшить тем самым наводки от ламп накачки лазера.

Помимо сказанного, указанное выполнение устройства позволяет сохранить малые габариты, экономичность и мобильность устройства, изменять лазерный импульс простым изменением длины формирователя, например подключением дополнительных секций кабельной линии. При этом, прямоугольная управляющая импульса обеспечивает подцержание добротности максимальной с точностью 2Х в течение всей его длительности и обрывание генерации ранее полного снятия инверсной населенности в активной среде. Выполнение устройства таким образом практически обеспечивает достижение лазерного импульса по длительности от единиц до сотен наносекунд для длинных резонаторов.