Волноводный газовый лазер

 

ВОЛНОВОДНЫЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР, содержащий волновод с активной средой, источник накачки и резонатор, образованньй проволочным решеточным поляризатором и отражающим элементом, расположенными с противоположных торцов волновода, отличающийс я тем, что, с целью повышения выходной мощности при расширении диапазона генерируемых частот, отражают й элемент выполнен в виде двугранного металлического зеркала с углом между гранями равным 90°, расположенного на торце волновода, а волновод снабжен устройством поворота вокруг оси лазера, при этом угол об между ребрами двугранного зеркала и направлением проволочек решеточного поляризатора определен соотношением oL J arc sin-(goLa) -а, 9 где g(j - коэффициент усиления активной среды; L - длина активной среды; а - общие лотери резонатора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„,,ЯО,„,II II11657 (51>,1 Н О1 Я 3/08 3 22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ NSOEPETEHNFI I, .

1 (21) 3485972/18-25 (22) 02. 09. 82 (46) 30.12.89. Бюл. 11- 48 (71) Институт радиофизики и электроники АН УССР (72) Ю.Е. Каменев, В.К.. Киселев, Е.М. Кулешов, Д.Д. Литвинов и В.Н. Полупанов (53) 621.375.8(088.8) (56) Свейн Д. Устройство для регулирования связи на выходе лазера, работающего в дальней ИК-области. Приборы для научных исследований, 1972, И 7, с. 86.

Патент США В 4104598, кл. 331-945,, опублик. 1978. (54) (57) ВОЛНОВОДНЫЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР, содержащий волновод с активной средой, источник накачки и резонатор, образованный проволочным решеточным поляИзобретение относится к газовым .лазерам и может найти применение для управления интенсивностью излучения лазеров, работающих в широком диапазоне частот.

Известен лазер, в котором для регулирования выходной мощности меняется радиальное положение подвижного выходного зеркала, выполненного в виде стержня.

Однако это устройство имеет узкий выходной пучок, вносятся дополнительные потери в резонатор и вывод излучения производится-перпендикулярно оси лазера.

2 ризатором и отражающим элементом, расположенными с противоположных торцов волновода, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения выходной мощности при расширении диапазона генерируемых частот, отражающий элемент выполнен в виде двугранного металлического зеркала с углом между гранями равным 90, расположено ного на торце волновода, а волновод снабжен устройством поворота вокруг оси лазера, при этом угол 06 между ребрами двугранного зеркала и направлением проволочек решеточного поляризатора определен соотношением

1 112 = — are sin (g La) -а, 2 где go — коэффициент усиления активной среды; — длина активной среды; а — общие атотери резонатора, Наиболее близким техническим решением является волноводный газовый

/ лазер, содержащий волновод с активной средой, источник накачки и резонатор, образованный проволочным решеточным поляризатором и отражающим элементом, расположенными с противоположных торцов волновода. Устройство модуляции связи выполнено в виде электрооптического материала (кристалла), помещенного между активной средой и оцним из зеркал резонатора.

Приложение напряжения к кристаллу приводит к тому, что компонент лазерного излучения, проходящий через крис1111657 (1) 45 кристалл, становится поляризованным в направлении, ортогональном направлению проволок решеточного поляризатора. Выходное излучение лазера оказывается амплитудно-модулированным в" соответствии с модулирующим напряжением, так,как уровень ортогонально поляризованного компонента на выходе из кристалла определяется амплитудой модулирующего напряжения.

Существенным недостатком этîro устройства является то, что оно ограНичивает возможность получения максимальной выходной мощности лазера в широком частотном диапазоне. Это связано с тем, что при введении кристалла в резонатор вносятся дополнительные потери, обусловленные поглощением в кристалле. Кроме того, в на- 20 стоящее время отсутствуют электрооптические кристаллы, работающие в широком частотном диапазоне.

Цель изобретения — повышение выходной мощности газового лазера при рас- 25 ширении диапазона генерируемых частот.

Поставленная цель достигается тем, что в волноводном газовом лазере, содержащем волновод с активной средой,30 источник накачки и резонатор, образованный проволочным решеточным поляризатором и отражающим элементом, расположенными с противоположных торцов волновода, отражающий элемент выполнен в виде двугранного металлического зеркала с углом между гранями, равным

90, расположенного на торце волновода, а волновод снабжен устройством поворота вокруг оси лазера, при этом угол Ы между ребрами двугранного зеркала и направлением проволок решеточного поляризатора определен соотношением

o4 = — are sin (g Là) -а, 1 ° 1И

räe g0 - коэффициент усиления активной среды — длина активной среды; а — общие потери резонатора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства.

Волноводный газоразрядный лазер содержит волновод 1 с активной средой

2, источник 3 накачки и резонатор, образованный проволочным решеточным поляризатором 4 и отражающим элементом, выполненным в виде двугранного металлического зеркала 5, Поскольку, лазер имеет резонатор волноводного типа, то с целью уменьшения потерь в резонаторе необходимо минимальное количество разрывов в волноводе ) или других неоднородностей. Так как

B0JIH0Bop ) газового лазера выполняется из стеклянных трубок, то оказывается невозможным поместить внутри стеклянной трубки без зазора вращающееся двугранное металлическое зеркало, Для устранения зазора торец

6 волновода 1 выполнен по форме отражающего элемента и жестко с HHM скреплен. Торец 7 волновода ) разМещается на сколь угодно малом расстоянии от проволочного поляризатора

4 без соприкосновения с ним, Диаметр отверстий 8 и 9 в случае электроразрядного лазера может составлять менее 0,2 от диаметра волновода и мало сказывается на потерях в волноводе.

Волновод 1 совместно с отражающим элементом 5 с помощью поворотного устройства поворачивается вокруг оси с фиксацией этого положения, Для обеспечения максимальной мощности угол поворота устанавливается равньл о6 по выражению (1).

Электроды 10 и 11 служат для возбуждения активной среды 2, Поворотное устройство может быть выполнено в виде вала 12, жестко скрепленного с двугранным металлическим зеркалом. Вал 12 имеет скользящее вакуумное уплотнение 13 и поворотную ручку 14 с отсчетом угла поворота и фиксацией этого угла, Устройство работает следующим образом.

Источник 3 накачки посредством электродов 10 и )1 возбуждает активную среду 2, в которой возникает лазерное излучение соответствующей частоты. Для удобства будем рассматривать излучение, î" ðàæåííîå от проволочного поляризатора 4, Это излучение, имеющее поляризацию, параллельную проволокам (для ортогональной поляризации проволочный поляризатор

4 является прозрачным), проходя через. активную среду 2, усиливается и попадает на двугранное металлическое зеркало 5. Если угол между ребром этого зеркала и направлением вектора поляризации падающего излучения имеет величину>а, то угол между вектором

1111657 поляризации отраженного от двугранного зеркала и вектором поляризации падающего на него излучения будет

I составлять 2са, Это отраженное от двуграннаго зеркала 5 излучение проходит через активную среду 2, усиливается еще раз и попадает на проволочный поляризатор 4, причем вектор поляризации теперь будет составлять угол 2 с направлением проволок поляризатора 4, При этом часть мощности этого излучения. проходит через поляризатор 4. Эта часть сос° 2 тавляет sin 2cL nò общей падающей на поляризатор 4 мощности и имеет поляризацию,. ортогональную проволокам поляризатора 4 ° Остальная часть мощности излучения с поляризацией, параллельной проволочкам, отражается от проволочного поляризатора 4 и процесс повторяется, Поворотом вокруг оси лазер волновода 1 совместно с двугранным зеркалом 5 можно установить угол р ., соответствующий максимальной выходной мощности.

Использование данного изобретения дает следующие преимущества.

Устройство лишено узкополосных элементов, что позволяет обеспечить максимальную выходную мощность в широком диапазоне генерируемых частот, Уменьшение потерь, вносимых элементом связи в резонатор (потери в двугранном зеркале значительно меньше потерь в электрооптическом кристалле), позволяет повысить добротность резонатора, а, следовательно, повысить выходную мощность. лазера при оптимальной величине связи в устройстве по сравнению с базовым объектом, даже в случае работы его при оптимальной величине связи.

Предложенное устройство проще в

10 эксплуатации, компактнее и дешевле в изготовлении по сравнению с базовым объектом (отсутствие дорогостоящего электрооптического кристалла и источника питания к нему, устранение необ15 ходимости смены кристалла при переходе на другой участок частотного спектра, устранение необходимости борьбы с паразитными резонансами, которые обычно подавляются путем соответствующего подбора просветляющих покрытий на поверхности кристалла).

Полезность данного устройства особенно проявляется при работе лазера с-активными средами, имеющими очень низкий коэффициент усиления, В этом случае лазер обычно работает вблизи срыва генерации (т.е, внутренние потери в резонаторе лазера при таком режиме едва компенсируются усилением

30 активной среды). Это приводит к разной зависимости выходной мощности от величины связи и потерь. Уменьшение вносимых потерь при обеспечении оптимальной величины связи позволяет использовать данный лазер для получения генерации очень слабых линий активной среды. !