Одночастотный лазер

 

Изобретение относится к квантовой электронике. Цель изобретения - повышение стабильности мощности и частоты излучения за счет создания в резонаторе дополнительной обратной связи. Лазер состоит из двух связанных резонаторов, содержащих четыре зеркала, из которых первое и третье глухие, а второе полупрозрачное. Активное вещество помещено между первым и вторым зеркалами, второе зеркало ориентировано наклонно к оптической оси, а третье и четрвертое - нормально относительно проходящего и отраженного от второго зеркала лучей. В системе создается дополнительная кольцевая обратная связь за счет пятого глухого зеркала, помещенного между первым зеркалом и полупрозрачным четвертым зеркалом. Причем первое и пятое зеркала ориентированы между собой так, что обеспечивают нормальное падение луча, отраженного от первого зеркала, на поверхность четвертого зеркала. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)5 Н 01 S 3/082

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ВСЮ()ЮЗМ1

ПА ж- И)ЖМЧВК

&ИЬЛИг ГЕ:.А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4678671/25 (22) 11.04,89 (46) 07,08.91. Бюл, М 29 (71) Горьковский государственный университет им.Н.И.Лобачевского (72) Н.Д.Миловский, Н.А.Маркелов и

В.А.Ильин (53) 621.375.8 (088,8) (56) Dl Domenlco M.À. Single-frequency

ТЕМоо-mode gas laser with high output

power. — Appl. Phys. Lett, 1966, ч.8, N1, р,2022, Коломников Ю.Д, и др. Лазерный интерферометр Майкельсона. — Оптика и спектроскопия, 1967, т, 22, М 5, с. 828-831. (54) ОДНОЧАСТОТНЫЙ ЛАЗЕР (57) Изобретение относится к квантовой электронике, Цель изобретения — повышение стабильности мощности и частоты иэлуИзобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в голографии и спектроскопии.

Целью изобретения является повышение стабильности мощности и частоты излучения лазера за счет создания в резонаторе дополнительной обратной связи.

На чертеже приведена принципиальная схема лазера.

Лазер содержит зеркала 1-5 и активный элемент 6.

Лазер работает следующим образом.

При возбуждении активной среды с ее торцовых поверхностей излучаются электромагнитные волны, которые распространяются против и по часовой стрелке соответственно. Часть каждой волны прохо. Ж 1669025 А1 чения за счет создания в резонаторе дополнительной обратной связи, Лазер состоит из двух связанных резонаторов, содержащих четыре зеркала, из которых первое и третье глухие, а второе полупрозрачное. Активное вещество помещено между первым и вторым зеркалами, второе зеркало ориентировано наклонно к оптической оси, а третье и четвертое — нормально относительно проходящего и отраженного от второго зеркала лучей, В системе создается дополнительная кольцевая обратная связь эа счет пятого глухого зеркала, помещенного между первым зеркалом и полупрозрачным четвертым зеркалом. Причем первое и пятое зеркала ориентированы между собой так, что обеспечивают нормальное падение луча, отраженного от первого зеркала, на поверхность четвертого зеркала. 1 ил. дит через полупрозрачное зеркало 4 по цепи внешней обратной связи и попадает на противоположную торцовую поверхность активного элемента, Другая часть каждой волны, отражаясь от зеркал 3 и 4, возвращается обратно на ту торцовую поверхность, с которой оно стартовало, Таким образом, через зеркало 4 и наклонные зеркала 5 и 1 осуществляется связь между полями на противоположных границах активной среды, и, следовательно, образуется независимая цепь обратной связи, проходящая вне активного элемента.

Величина внешней обратной связи, определяющаяся коэффициентом пропускания t4 зеркала 4, влияет на все характеристики генерируемой одночастот1669025 ным лазером моды, включая ее частоту и структуру внутрирезонаторного поля, При достаточно малом пропускании через зеркало 4

О с r4I(! — 4 — \ЯТ вЂ” A < 2 1 — тг )/Т2, где т — коэффициент пропускания второго зеркала, внутриреэонаторное поле имеет вид двух встречных волн примерно равных интенсивностей, отношение которых К на границе активного слоя со стороны зеркала

4 близко к единице.

При дальнейшем увеличении связи через зеркало 4 получает все большее преимущество волна, распространяющаяся против часовой стрелки. Кольцевая обратная связь становится главным фактором в формировании резонансного колебания, а система зеркал 2 и 3 все более играет роль вентиля, который подавляет в структуре резонансной моды волну, бегущу! по часовой стрелке. В результате, вместе увеличением К отношения интенсивностей двух встречных пучков быстро растет пороговое усиление на наиболее добротных модах, и одновременно уменьшается различие между ним и пороговым усилением на ближайших менее добротных резонансных колебаниях, В пределе при т4 1 потери всех резонансных мод, собственные частоты которых разделены сравнительно узким частотным интервалом

Лсо =(с/((; + Lz )J,ãäå L1, Lz — расстояния между 1 и 5, 2 и 4 зеркалами соответственно, оказываются одинаковыми и резонатор теряет свои основные качества устройства для селекции генерируемых лазером частот. В целом по мере увеличения прозрачности зеркала 4 резонансные свойства связанного резонатора приближаются к резонансным своиствам парциального резонатора, образованного в кольцевой полости зеркалами 4-5-1-2-4, а вклад парциального резонатора с зеркалами 4 — 51 — 3 в формирование высокодобротного колебания постепенно уменьшается. Это означает, в частности, что все менее существенное влияние на характеристики одночастотного режима генерации лазера оказывают малые изменения (флуктуации) расстояния между 2 и 3 зеркалами Q и коэффициента пропускания tg зеркала 3.

В области малой связи через зеркало 4, где роль парциального резонатора с зеркалами 4.— 5 — 1-3 еще достаточно велика, флуктуации коэффициентов отражения зеркал 2 и 3 мало изменяют пороговое условие генерации на высокодобротной резонансной

55 моле, а флуктуации прозрачности зеркала 4 не меняют его совсем, Эти флуктуации вызывают смещение спектра резонансных частот парциального резонатора с зеркалами

4-5-1 — 3 относительно спектра резонансных частот парциального резонатора 4 †51-2-4. Иэ-за смещения спектров изменяется величина связи парциальных резонаторов, что и приводит к сохранению структуры внутреннего поля и потерь резонансной моды связанного резонатора. Изменения, воэникающе иэ-за флуктуаций величин тр, гз, т4 и флуктуаций расстояния (Q — Lz), коррелированы друг с другом, потому что происходят иэ-эа движения одних и тех же зеркал 2, 3 и 4, Эти коррелированные флуктуации разности оптических путей, образующиеся из-за движения зеркал и имеющие несколько разную природу, частично компенсируют друг друга. Такая компенсация эквивалентна автоподстройке длины резонатора 4 — 5-1-3, и в ней проявляется стабилизирующее влияние дополнительной цепи обратной связи.

В силу конструктивных особенностей связанного резонатора флуктуации местоположения зеркала 4 не изменяют резонансных частот и других характеристик парциального резонатора с зеркалами 4 — 5—

1 — 2 — 4, Это приводит к уменьшению дестабилизирующего действия движения зеркал

2, 3 и 4 на характеристики одночастотной генерации.

Формула изобретения

Одночастотный лазер, включающий резонатор, состоящий иэ «етырех зеркал, и активную среду, распсложенную между первым и вторым зеркалами, в котором первое и третье зеркал» выполнены полностью отражающими, а в горое зеркало- полупрозрачным, при этом второе зеркало ориентировано наклонно к оптической оси, а третье и четвертое зеркала — нормально к оси в направлении лучей, соответственно прошедшего и отраженного от второго зеркала, отличающийся тем,что,сцелью повышения стабильности мощности и частоты излучения лазера за счет создания в резонаторе дополнительной обратной связи, в резонатор дополнительно введено пятое зеркало, выполненное полностью отражающим и расположенное на пути луча, прошедшего через четвертое зеркало, при этом первое, второе и пятое зеркала образуют замкнутый контур, а коэффициент пропускания четвертого зеркала лежит в пределах

О <(Гэ/(1 — ta — V/(! — тэ ) 7< 2((! — тг )гтт) где гэ, тк — коэффициенты пропускеник соответственно второго и четвертого зеркал, Составитель В. Надточеев

Редактор Jl. Гратилло Техред M.Моргентал Корректор С, Черни

Заказ 2657 Тираж 316 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101