Лазер с динамической распределенной обратной связью

 

J1A3EP С ДИНАМИЧЕСКОЙ РАСПРЕ .ДЕЛЕННОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ, содержащий источник накачки, сфероцилиндрический телескоп и активную среду на оптическом контакте с катетной гранью прямоугольной призмы полного внутреннего отражения, установленной с возможностью вращения вокруг оси, параллельной боковым ребрам призмы, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона перестройки частоты генерации путем увеличения эффективности распределенной обратной связи при использовании для накачки лазеров с низкой степенью пространственной когерентности и сохранения виброустойчивости и простоты перестройки частоты генерации, между телескопом и прямоугольной призмой полного внутреннего отражения установлен светоделитель, выполненный в виде прямоугольной призмы, основаi нием которой является равнобедренный треугольник с углом при вершине (f , С/) удовлетворяющим условию V arc sin . 9QO где cji - угол между оптической -осью пучка накачки и нормалью к светоделителю; п - коэффициент преломления материала светоделителя. .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (я)4 Н01 S 305

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ф (. <с, ° ъ <."

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3450357/18-25 (22) 09.06.82 (46) 23.01.86. Бюл. N 3 (71) Ордена Трудового Красного Знаме. ни институт физики АН УССР, Специальное конструкторско-технологическое бюро физического приборостроения с

Опытным производством ордена Трудового Красного Знамени института физики

АН УССР (72) Л.В.Вовк, Е.И.Забелло, Е.А.Тихонов и А.Г.Чмуль (53) 621.375.8(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 621267, кл. Н 01 S 3/05, 1976.

Chandra S, Takenshi N. Prism

dye-laser Appl. Phys. Lett 1972,:

V 21, к- 4, р. 1172., (54)(57) ЛАЗЕР С Д (НАИИЧЕСКОЙ РАСПРЕ"

ДЕЛЕННОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ, содержащий источник накачки, сфероцилиндрический телескоп и активную среду на оптическом контакте с катетной гранью прямоугольной призмы полного внутреннего отражения, установленной с воэможностью вращения вокруг оси, параллельной боковым ребрам призмы, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения диапазона перестройки частоты генерации путем увеличения эффективности распределенной обратной связи при использовании для накачки лазеров с низкой степенью пространственной когерентности и сохранения виброустойчивости и простоты перестройки частоты генерации, между телескопом и прямоугольной призмой полного внутреннего отражения установлен светоделитель, выполненный в виде прямоугольной призмы, основанием которой является равнобедренный треугольник с углом при вершине ы, удовлетворяющим условию

sin Ч

Q = are sin — — + 90 и

Э где — угол между оптической осью пучка накачки и нормалью к светоделителю; п — коэффициент преломления материала светоделителя.

1102453

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в линейной и нелинейной оптике, лазерной спектроскопии высокого разрешения и других областях.

Известен лазер с динамической рас пределенной обратной связью (ДРОС), содержащий источник накачки, телескоп-светоделитель, систему зеркал ,для сведения в активной среде, обра зующихся после светоделителя двух пучков накачки, так что в активной среде совмещейы прямые изображения источнйка накачки, активную среду

l на оптическом контакте с призмой.

Однако описанный лазер обладает существенными недостатками: сложностью осуществления указанного синхронного вращательно-поступательного движения зеркал при перестройке, связанной с необходимостью обеспечения неподвижности области интерференции активной среды при перестройке (несинхронность вращения зеркал должна быть +6" при угле поворота 5-6, точность вращения зеркал и угол поворота определяется соответственно шириной линии генерации и диапазоном перестройки лазера с динамической распределенной обратной связью); малой виброустойчивостью системы зеркал (исходя из ширины линии генерации, требуется обеспечить неподвижность каждого элемента лазера в пределах +6"/п (где n — число элементов).

Наиболее близок к изобретению лазер с динамической распределенной обратной связью, содержащий источник накачки, сферо-цилиндрический телескоп и активную среду на оптическом контакте с катетной гранью прямоугольной призмы полного внутреннего отражения (ПВО), установленной с возможностью вращения вокруг оси, параллельной боковым ребрам призмы.

В активной среде интерферируют часть пучка источника накачки, непосредственно падающую на активную среду; часть пучка источника накачки испытавшую полное внутреннее отражение на сопряженной относительно активной среды катетной грани прямоугольной призмы ПВО °

Перестройка длины волны генера- ции осуществляется путем простого вращения призмы ПВО, при этом обеспечивается большая жесткость (виброусточивость) конструкции, так как отпадает необходимость в наличии системы

55 зеркал для совмещения в активной сре де пучков накачки. Синхронное изменение угла встречи интерферирующих пучков в призме ПВО при вращении достигается автоматически; при любом угле падения пучка накачки на призму ПВО плоскости узлов и пучностей интерференционной картины всегда перпендикулярны катетной грани призмы

ПВО, на контакте с которой расположена активная среда.

Однако в подобной схеме в активной среде интерферируют пучки накачки, принадлежащие разным участкам волнового фронта источника накачки.

Это приводит к тому, что видность интерференционной картины, а следовательно, эффективность распределенной обратной связи зависит от степени пространственной когерентности источ. ника накачки, и при использовании для накачки лазеров без селекции поперечных типов колебаний диапазон перестройки ограничен областью в 1ОО150 А из-за возникновения сильного фона суперлюминесценции.

Цель изобретения — увеличение диапазона перестройки частоты генерации путем увеличения эффективности распределенной обратной связи при использовании для накачки лазеров с низкой степенью пространственной когерентности и сохранения виброустойчивости и простоты перестройки частоты генерации.

Указанная цель достигается тем, что в лазере с динамической распреде. ленной обратной связью, содержащем, . источник накачки, сферо-цилиндрический телескоп и активную среду на оптическом контакте с катетной гранью прямоугольной призмы полного внутреннего отражения, установленной с возможностью вращения вокруг оси, параллельной боковым ребрам призмы, между телескопом и прямоугольной призмой полного внутреннего отражения установлен светоделитель, выполненный в виде прмоугольной призмы, основанием которой является равнобедренный треугольник с углом при вершине (, удовлетворяющим условию = are sin + 90, sing где 1 — угол между оптической осью пучка накачки и нормалью к светоделителю; n — коэффициент преломления ма" териала светоделителя.

ll02453

На фиг, 1 представлена оптическая схема лазера с динамической распределенной обратной связью; на фиг. 2 — ход лучей в светоделителе.

Лазер состоит из последовательно расположенных вдоль оптической оси источника 1 накачки, сферо-цилиндрического телескопа 2, светоделителя

3, призмы ПВО 4, активной среды 5, установленной на оптическом контакте с одной из катетной гранью призмы

ПВО.

Лазер работает следующим образом.

Пучок источника 1 накачки, прой-.дя сферо-цилиндрический телескоп 2, падает на светоделитель 3. Часть !! !! излучения накачки a — Ь, отраженная от грани .светоделителя АС, падает на гипотенузную грань FD призмы ПВО, а после преломления, испытав полное внутреннее отражение на катетной грани FN призмы ПВО, падает на активную среду 5.

Другая часть излучения накачки

a — b, испытав преломление на грани светоделителя АС и два последовательных полных внутренних отражений на гранях светоделителя ВС и АВ, падает после преломления на грани АС светоделителя на гипотенузную грань

FD призмы ПВО и после преломления на ней — на активную среду 5. Так как полное число отражений пучков а — Ь !

У а — Ь четное, а при каждом отражении происходит поворот волнового фронта на 180, то в активной среде интерферируют прямые изображения источника накачки, и видность интерференционной картины и связанная с ней эффективность распределенной обратной связи не зависят от степени пространственной когерентности источника накачки.

Излучение генерации с частотой, равной частоте Брэгга, распространя. ется перпендикулярно узлам и пучнос" тям интерференционной картины, и для выполнения амплитудных условий генерации это направление должно совпадать с ориентацией активной сре. ды. Так как активная среда находится в оптическом контакте с катетной гранью призмы ПВО, необходимо, чтобы узлы и пучности интерференционной картины были перпендикулярны катетной грани призмы ПВО. Это будет до! 1 !! i! стигнуто, если пучки а — Ь и а - b падающие на гипотенузную грань призмы ПВО, будут. параллельны.

Для определенности рассмотрим ход лучей а и а (фиг. 2). Покажем, что при выполнении указанного услоsine вия g = arc sin — — + 90 лучи а

5 !, и и а будут параллельны.

Пусть ц — угол падения излучения накачки на светоделитель;

t0 n — коэффициент преломления призмы.

Из свойства углов треугольников, законов преломления и отражения можно установить следующую связь между углами (у при вершине призмы, углом падения с, углом Р преломления и углом о, под которым излучение выходит из призмы

s in !!" (8 = arc sin — — + 90 = 180

20 и

g — (DM0 = 180 — < — <8MN — 130 — с! — (180 — g — с ВИМ)

g+ (BKi — oC = + АМО -Ы

25 + (180 — 90 — g — оа) — oC (+ 90 - -2Ы, sin g т.e arc sin †= g -II — 2o6 = и (180 -y) = 2y — g — 180 о

sin 9

30 tI = 2(,! — 180 — arc sin — --.

Если

sin!1

p = arc sin — -- + 90 и

У

sin%

35 тогда f = 2arc sin — — + 180 и

sinV s in

u и а угол h равен !! г .. з1и91 о = arc sin и.(sin arc sin "— - J =

40 и

= arc sin sin() = g, h - =q, т.е. лучи а и а" — параллельны.

Из фиг. 2 следует необходимая

45 связь между геометрическими размерами призмы светоделителя и cspToBblM диаметром пучка излучения накачки.

Если f — - световой диаметр излучения накачки, Ц! — угол падения излучения накачки, ч! — угол при вершине призмы, то линейный размер боковой грани призмы — светоделителя равен

sin-, 2

=2f = — —.

55 соза

Пример конкретной реализации.

Приборы и элементы испытательногс, стенда содержат:

1102453

Фиа2 макет лазера с динамической распределительной обратной связью "Видео POC-2", соответствующий оптической схеме (фиг. 1); источник накачки — рубиновый лазер ОГМ-20, Ъ, = 0,694 нм; источник накачки — лазер на Nci3

ИАГ с генерацией на длинах волн

1,064 мк и 0,532 мк;

10 измерители длины волны генерацииспектрограф ИСП-51; измерители ширины генерации - интерферометр Фабри-Перо ИТ-51-30; измерители энергии калориметрические - HMO-2:

) измерители пиковой мощности на основе неаксиальных фотоэлементов серии ФЭК-16, ФЭК-15, ФЭК-13, связанных, с измерителями параметров импульсов типа И-4-3.

Перекрытие диапазона 550-780 нм достигается с применением красителей - родамина бж, красителя 167-1, оксазина 1П. В случаях, когда необхо- 25 димо устранить провал по мощности в областях 600-700 нм, используются красители — б-аминофеноленон, реэаэурин. Перекрытие диапазона длин волн генерации 720-1000 нм достигается ЗО с использованием красителей ПК 686, ПК 742, ПК 803, ПК 865.

Представленные показывают, что излучение суперфлуоресценции подавлено во всей области усиления лазерных красителей, несмотря на использование источников накачки с низкой степенью пространственной когерентности по сечению пучка, а следова" тельно, основная цель изобретения— расширение диапазона перестройки— реализуется. Измерения диапазона перестройки с указанными красителями и источниками накачки с использованием устройства — прототипа, показывают, что диапазон перестройки не превышает ширины полосы суперфлуоресценции 10-15 нм, т.е. меньше в 2-4 раза.

В испытанном лазере с динамической распределенной обратной связью на основе предложенного изобретения реализуются и другие. признаки, такие как простота перестройки и вибро устойчивость, присущие прототипу, поскольку в нем не содержится дополнительных элементов сведения пучков накачки в активной области. Призма-делитель пучка накачки устанавливается неподвижно, а перестройка частоты генерации достигается только за счет осевого вращения призмыактивной среды, как и в случае прототипа.

ВНИИПИ Заказ 54/7

Тираж 598 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4