Лазерное устройство для генерации ультракоротких импульсов

 

Изобретение относится к квантовой электронике и может использоваться при создании источников ультракоротких лазерных импульсов, в частности для кинетической лазерной спектроскопии, особенно при организации многоканальных измерений . Цель изобретения - управление длительностью ультракоротких импульсов в ИК-области спектра Для осуществления управления длительностью ультракоротких импульсов а ИК-области спектра в лазерной системе, содержащей задающий лазер с активным элементом 1. резонатор которого образован зеркалами 2 и 3. исполняющий лазер с активным элементом 4. резонатор которого образован зеркалами 5 и 6, и элемент ввода излучения задающего лазера в исполняющий, выполненный в виде светоделителя 7, нелинейный кристалл 8 установлен.в резонаторе исполняющего лазера на пути излучения задающего пазера так что оптическая ось исполняющего лазера совпадает с направлением в нелинейном кристалле 8, вдоль которого выполняется условие синхронизма преобразования частоты излучения задающего лазера в частоту излучения исполняющего. 1 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

K АВТОГСКОМт СВИДЕТЕЛЬСТВ

{21) 4352637/25 (22) 30.12.87 (46) 30.12.93 Бюл N() 47-48 (71) Институт физики АН БССР (72} Казак Н.С.; Лугина АС. Миклавская ЕМ„. Надененко АВ„Павленко В.К; Санников ЮА (54) ЛАЗЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ УЛЬТРАКОРОТКИХ ИЦПУЛЬСОВ (57) Изобретение относится к квантовой электронике и может использоваться при создании источников ультракоротких лазерных импульсов, в частности для кинетической лазерной спектроскопии особенно при организации многоканальных измерений Цель изобретения — управление длительностью ультракоротких импульсов в ИК-области спектра. Для осуществления управления длитель(в) ЯЦ (и) 1574134 А1 (51) 5 Н01Я3 10 ностью ультракоротких импульсов в ИК-области спектра в лазерной системе. содержащей задающий лазер с активным элементом 1, резонатор которого образован зеркалами 2 и 3. ислолняющий лазер с активным элементом 4, резонатор которого образован зеркалами 5 и 6, и элемент ввода излучения задающего лазера в исполняющий, выполненный в виде светоделителя 7, нелинейный кристалл 8 установлен.в резонаторе исполняющего лазера на пути излучения задающего лазера так что оптическая ось исполняющего лазера совпадает с направлением в нелинейном кристалле 8, вдоль которого выполняется условие синхронизма преобразования частоты излучения задающего лазера в частоту излучения исполняющего. 1 ил

1574134

Изобретение относится к квантовой электронике и может использоваться при создании источников ультра коро гких лазерйых импульсов, в частности, для кинетической лазерной спектроскопии, особенно при органиэации многоканальных иэмереHPIA.

Цель изобретения — управление длительности ультракоротких импульсов в ИКоблаСти спектра.

На чертеже изображено предлагаемое лазерное устройство.

Устройство содержит задающий лазер с активным элементом 1, резонатор которого образован зеркалами 2 и 3, исполняющий лазер с активным элементом 4, резонатор которого образован зеркалами 5, 6, и элемент ввода излучения задающего лазера в исполняющий, выполненный в виде светоделителя 7. Нелинейный кристалл 8 установлен s резонаторе исполняющего лазера на пути излучения задающего лазера так, что оптическая ось исполняющего лазера совпадает с направлением в нелинейном кристалле 8, вдоль которого выполняется условие синхронизма преобразования частоты излучения задающего лазера в частоту излучения исполняющего, Предложенную лазерную систему можно усовершенствовать, образовав резонатор задающего лазера зеркалами 2 и 6 и разместив нелинейный кристалл 8 на общем участке резонаторов задающего и исполняjollteãо лазеров, При этом плотность мощности излучения задаю(дего лазера в нелинейном кристалле 8 увеличивается по сравнению с лазерной системой, показанной на чертеже. Следовательно, увеличивается отношение плотности мощности в сформировавшемся импульсе излучения исполняющего лазера к плотности мощности спонтанного шума. т.е. улучшается отношение сигнал/в(ум в выходном излучении лазерной системы. Кроме того, сокращается время формирования стационарной последовательности им()ульеr)rв исполня)ощего лазера, по позволяет испольэовать исполняющий лазер с более коротким временем развития генерации

Возможно также осуществление многоканальной лазерной системы путем введеНИЯ ДОПОЛНИТ xjjbHb()(ИСПОЛНЯЮЩИХ лазеров, в резонаторах которых раэме(цены элементы ввода излучения задающего лазера и нелинейные кристаллы, установленные так, что Оптическая ось исполняющего лазера совпадает с направлением в нелинейном кристалле, вдоль которого выполняется условие синхронизации преобразования час"

50 ("(С) = I. (t)exp(2 И(Чх(() j- exp (2 ГОЦ х т2 t2 х exp(- (+ — и — jj, () где Iè - exp(т2/At ) форма импульса

° 2 после усиления в активном элементе 4;

At(, — полуширина импульса после усиления в активном элементе 4: тоты излучения задающего лазера в частот„ излучения исполняющего лазера, Во всех вариантах выполнения лазерной системы длины резонаторов исполняющих лазеров равны или кратны длине резонатора задающего лазера, Задающий и исполняющие лазеры снабжены устройствами накачки (на чертеже не показаны), Задающий лазер имеет

10 устройство для синхронизации мод (на чертеже не показано).

Лазерная система работает следующим образом.

При накачке активного элемента 4 исполняющего лазера в его резонаторе начинает формироваться поле излучения с длиной волны Яи, Излучение задающего лазера с длиной волны i, не попадающей в полосу усиления исполняющего лазера, в виде непрерывной последовательности ультракоротких импульсов (УКИ) светоделителем 7 направляется в нелинейный кристалл

8. При этом формирующееся излучение исполняющего лазера испытывает в нелинейном кристалле 8 периодическое усиление с частотой, равной частоте следован: я УКИ, генерируемых задающим лазером Посл .нескольких первых проходов через нелинейный кристалл 8 с модулированным усилением поле внутри резонатора исполняющего лазера приобретает форму

Гауссова импульса

1с(т): ехр(-t2/At> ), где t — время;

A t(— полуширина импульса по уровн,с

1/е, Импульс исполняющего лазера подвергается двум процессам; уширению из-за конечной ширины спектра усиления в активном элементе и сжатию благодар" модуляции в нелинейном кристалле 8. Если импульсы 1=(t), генерируемые задающим лазером, имеют Гауссову форму, то форма импульса исполняющего лазера после усиления в активном элементе 4 и прохождения через нелинейный кристалл 8 имеет вид

1574134 2 4 - ©ус

10

Л Ти.ст. =

55 где Л вус — ши ина линии усиления;

Го =гг r 01 — инкремент усиления;

3{ о- козффиц2иент нелинейной связи

o=(512л2д (Ли — Л3)/(пз с Я» Л3) ", где d — эффективный нелинейный коэффициент; и — средний показатель преломления в нелинейном кристалле; — скорость света; — длина кристалла;

13(0) пиковая плотность мощности излучения задающего лазера;

At> — полуширина импульса по уровню

1/е.

После кругового обхода резонатора длительность импульса определяется из выра>кения

1 + 1 () (< ) Ейз )2

v г где At3 — полуширина импульса задающего лазера, Стационарная длительность импульса излучения исполняющего лазера равна

Длительность импульса исполняющего лазера через промежуток времени t от нача-в процесса формирования импульса

4 ти.ст. чтит —— („,(т, )) г еЛ1а=- 2, Т = вРеАо с Т At3 2 1 . r,× мл кругового обхода резонатора;

L — длина резонатора.

За время t> формируется „:" äóëüñ длительностью Ь|и = 1,1 Ь|и.ст., т,е. Ь можно рассматривать в качестве времени формирования импульса стационарной длительности. При ..акачке исполняющего лазера, близкой к пороговой, когда время развития генерации больше to, к началу генерации успевает сформироваться стационарная последовательность УКИ длительностью йи. т., с частотой следования импульсов, равной или кратной частоте следования

УКИ, генерируемых задающим лазером, и с длиной волны излучения Л, не попадающей в полосу усиления задающего лазера.

Если время развития генерации меньше t0, то длительность импульсов, генерируемых исполняющим лазером, определяется временем развития генераци,. Управление длительностью УКИ осущестьляется за счет изменения мощности излучения задающего лазера и уровня накачки исполняющего лазера, Причем при увеличении мощности

УКИ задающего лазера гене ируемые в ис- полняющем лазере УКИ укорачиваются (см.таблицу).

В многоканальном варианте исполняющие лазеры генерируют синхронизированные во времени последовательности УКИ.

15 При этом длины волн генерации лазеров определяются полосой усиления активных элементов исполняющих лазеров, а не полосой усиления задающего лазера. и могут значительно отличаться одна от другой.

Предложенная лазерная система для генерации УК 1 выполнена следующим образом.

В качестве задающего лазера используется непрерывный лазер на красителе родамин 6 Ж с синхронной накачкой аргоновым лазером, Параметры задающего лазера

Я3 = 0,6 мкм, ср. дняя мощность излучения

250 МВт, ча .тата следования импульсов

100 МГц {длина резонатора L = 150 см), длительность импульсов Лт - 2 пс, диаметр пучка 2 5 мм. Пиковая плотность мощности излучения 4(0) - 20 кВт/см .

Параметры предложенной лазерной системы (длина волны Аи, длительность импульсов Аa,ст,, время формирования стационарной длительности 4) при различных активных средах и режимах накачки исполняющего лазера приведены в таблице.

Расположение нелинейного кристалла

8 - резо зторе исполняющего лазера, обеспочива )щее выполнение условия синхро-:изма преобразования частоты излучения задаю цего лазера в частоту излучения ысполня ощего лазера вдоль направления в кристалле, совпадающего с оптической осью резонатора, определяется углом

Омежду оптической осью кристалла и оптиеской осью резонатора. Во всех случаях нелинейный кристалл 8 длиной 1 см выполнен из ЫОз для е-00 взаимодействия (е-поляризацию имеет излучение задающего лазера). Величина угла Одля всех типов лазеров приведена в таблице.

Светоделитель 7 во всех случаях выполнен из германия с интерференционным покрытием, В последних двух столбцах таблицы представлены параметры Л тст* и to* пред1574134

4з*(0) = э(0)/(1 живых), Составитель T. Москалева

Техред M. Моргентал Корректор П. Гереши

Редактор T. Иванова

Заказ 3469

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. уп Гагарина 101 ложенной лазерной системы при размещении нелинейного кристалла 8 в резонаторе задающего лазера. Плотность мощности излучения в резонаторе задающего лазера

Формула изобретения

ЛАЗЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ УЛЬТРАКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ, содержащее задающий непрерывный лазер с синхронизированными модами, по крайней мере один исполняющий лазер и элемент ввода излучения задающего лазера, размещенный в резонаторе исполняющего лазера, отличающееся тем, что, с (56) Moses Е.!.et all. Mode locking of laser

oscillatlons by inJectlon locking. Applied

Physics Letters, 1976. v, 28, N 5, р. 258--260.

Join R,K. Generation of Slnhroninzef CW

5 trains. Appl. Physics. Let., 1978, v.32, N 1, р

41 — 44. целью управления длительностью ультра10 коротких импульсов в ИК-области спектра, исполняющий и задающий лазеры выполнены генерирующими на разных частотах, в резонаторе исполняющего лазера на пути излучения задающего лазера установ15 лен нелинейный кристалл так, что оптическая ось исполняющего лазера совпадает с направлением синхрониэма е нелинейном кристалле.