Телескопический резонатор

 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании мощных лазеров. Телескопический резонатор включает систему зеркал. Зеркала соосно установлены по торцам активного элемента прямоугольной формы. Выходное зеркало образовано двумя вогнутыми зеркалами. Два выпуклых зеркала, соосных с выходным зеркалом, расположены в противоположных углах торца активного элемента. Выпуклые зеркала выполнены в виде прямоугольных треугольников. Катеты прямоугольных треугольников совпадают со сторонами торца. Катеты в М раз, где М - увеличение резонатора, меньше сторон торца. Технический результат - уменьшение расходимости генерируемого излучения и получение выходного пучка сплошного сечения. 1 н.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании мощных лазеров (например, газовых).

Известны неустойчивые резонаторы, применяемые для получения узконаправленного излучения (см. например: Ю.А.Ананьев "Оптические резонаторы и проблема расходимости лазерного излучения"). Так, например, в указанной книге описан неустойчивый резонатор с вращением поля, включающий систему отражателей, например зеркал, служащий для получения узконаправленного излучения и выходного пучка сплошного сечения в лазерах с малым усилением. Это достигается тем, что в отражателе, служащем для вывода излучения, выполнен вырез в форме части сектора с углом охвата, равным углу вращения поля генерации в резонаторе, и на расстоянии от оси резонатора, определяемом расчетным путем (см. А.С. №530606). Недостатком такого резонатора является большое количество отражающих поверхностей, что приводит к большим потерям излучения на них в мощных лазерах с большим усилением. Известен выбранный нами в качестве прототипа, наиболее часто употребляемый в газовых лазерах неустойчивый телескопический резонатор (см. патент США №3873942 по М.Кл³ H 01 S 3/08), содержащий вогнутое заднее зеркало (выходное зеркало) и меньших размеров выпуклое переднее зеркало. На фиг.1 они обозначены соответственно 1, 2. Отражающие поверхности заднего и переднего зеркал резонатора ограничивают по краям его оптическую полость, в которой размещается активная среда (3 на фиг.1), например, смесь газов СО₂ - N₂ - Не. Сечение выходного светового пучка, формируемого таким резонатором, представляет собой прямоугольную рамку или кольцо (в зависимости от формы переднего зеркала), отношение наружных размеров которых к внутренним равно М, где М - коэффициент увеличения неустойчивого резонатора. Такая форма пучка в ряде случаев практического применения неустойчивых резонаторов является их недостатком по двум причинам: из-за большой угловой расходимости выходного пучка, обусловленной дифракцией на щели, и кольцевой (несплошной) формы сечения пучка.

Целью настоящего изобретения является уменьшение расходимости генерируемого излучения и получение выходного пучка сплошного сечения.

Указанная цель достигается тем, что выходное зеркало образовано двумя вогнутыми зеркалами, а два соосных с ними выпуклых зеркала расположены в противоположных углах торца активного элемента, выполнены в виде прямоугольных треугольников, катеты которых совпадают со сторонами торца и в М раз, где М - увеличение резонатора, меньше этих сторон, причем оси проходят через вершины прямых углов торца.

Выполнение выходного зеркала состоящим из двух вогнутых зеркал, треугольная форма соосных с ними выпуклых зеркал и их расположение в противоположных углах торца активного элемента преимущественно прямоугольной формы обеспечивают вывод излучения сплошным пучком, а также позволяют существенно увеличить размер щели, через которую он выводится из резонатора (см.фиг.2). Заметим, что площадь пучка при этом не меняется по величине и определяется только сечением оптической полости и увеличением М. Она равна площади рамки в поперечном сечении выходного пучка известных неустойчивых резонаторов.

Указанные размеры выпуклых зеркал, расположение центров кривизны каждого вогнутого зеркала и соосного с ним выпуклого зеркала на оси, проходящей через вершину прямого угла торца активного элемента, необходимы для создания оптической полости предлагаемого резонатора тех же размеров, что и в прототипе (для съема энергии с того же объема активного элемента).

На фиг.1 изображен неустойчивый телескопический резонатор - прототип;

на фиг.2 изображен предлагаемый резонатор.

Резонатор работает следующим образом.

Световой пучок падает на выпуклые зеркала 2. Часть пучка проходит в щель между указанными зеркалами и образует полезный сигнал, часть излучения, отражаясь от зеркал 2, идет в цепь обратной связи, состоящую из зеркал 1 резонатора, где сечение пучка увеличивается в М раз. Отразившись от зеркал 1, световой пучок вновь падает на выпуклые зеркала 2, осуществляя съем энергии со всего объема активного элемента 3.

Известно, что неустойчивые резонаторы позволяют достичь дифракционной расходимости генерируемого ими излучения.

Поскольку дифракционная расходимость излучения τ определяется по формуле τ = 1,22·λ/α,

где λ - длина волны падающего на щель с размером d излучения, увеличение размера щели в d₂/d₁ раз ведет к уменьшению расходимости во столько же раз. Нетрудно видеть (см. фиг.1, 2), что:

Поэтому применение изобретения позволит в d ₂/d₁= раз уменьшить расходимость излучения по сравнению с применением известного неустойчивого телескопического резонатора. Кроме того, сплошная форма пятна излучения на мишени выгодно отличает его от ранее использовавшихся неустойчивых резонаторов.

Формула изобретения

Телескопический резонатор, включающий два отражателя из системы зеркал, соосно установленных по торцам активного элемента преимущественно прямоугольной формы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения расходимости излучения в виде сплошного пучка, выходной отражатель образован двумя вогнутыми зеркалами, а два соосных с ними выпуклые зеркала расположены в противоположных углах торца активного элемента и выполнены в виде прямоугольных треугольников, катеты которых совпадают со сторонами торца и в М раз меньше этих сторон, причем оси проходят через вершины прямых углов торца, где М - увеличение резонатора.

РИСУНКИ