Сканирующий лазер

 

Использованиеизобретение относится к квантово-электронным приборам и решает задачу формирования многолучевого лазерного излучения с управляемыми пространственными и энергетическими характеристиками Сущность изобретения состоит в том. что в электронно-лучевой пространственный модулятор введен п электронных прожекторов со своими схемами управления, что позволило при одновременном облучении эгектроолтического кристалла потоком электронов создать п локальных поляризованных ячеек, обеспечивающих генерацию многолучевого лазерного излучения Управление выходных характеристик лазерного излучения осуществляется изменением параметров потока злектронов электронно-лучевой труби пространственного модулятора 1 ил

(в) RU (1ц (51) 5 G 02826

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Комитет Российской Федерации по натентам и товарным знакам (21) 5018595/10 (22) О4.11 91 (46) 30.1193 Бюл. М 43 — 44 (71) Серпуховское высшее военное командно-ин— женерное училище ракетных войск (72) Нижниковский В.С.; Уовачев В.И. (73) Серпуховское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск (64) СХАНИРУЮЩИЙ ЛАЗЕР (57) Использование: изобретение относится к квантово-электронным приборам и решает задачу формирования многолучевого лазерного излучения с управляемыми пространственными и энергетическими характеристиками. Сущность изобретения со— стоит в том. что в электронно-лучевой пространственный модулятор введен и электронных прожекторов со своими схемами управления, что позволило при одновременном облучали электрооптического кристалла потоком электронов создать и локальных поляризованных ячеек, обеспечивающих генерацию многолучевого лазерного излучения. Управпеже выходных характеристик лазерного излучения осуществляется изменением параметров потока элек— тронов электронно-лучевой трубки простран."твенного модулятора. 1 ип.

2004010

Изобретение относится к квантовоэлектронным приборам и может быть использована в системах многолучевой лазерной локации, оптической обработки информации и в оптических вычислительных системах, Известно устройство дефлектора лазерного излучения с поляризационным переключателем, использующим квадратичный злектроаптический эффект в нитробензоле (1). Эта устройство позволяет при необходимости формировать множество лучей. Недостатком такого устройства является потеря выходной мощности лазерного излучения за счет прохождения лучей через множество отклоняющих блоков. Известно испол ьзование для сканирования излучения лазера и формирования сложных диаграмм внешних динамических пространственна-временных модуляторов (2). Недостатком таких устройств являются значительные потери в модулирующей среде.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа сканирующий лазер (3), содержащий активную среду, резонатор плоского поля сопряженного типа, состоящий иэ двух плоских зеркал, оптически сопря>кенных с помощью линз, расположенных внутри резонатора, электронна-лучевой пространственный модулятор, совмещенный с одним из зеркал резонатора, включающий в себя электронно-лучевую трубку с электронным прожектором и отклоняющей системой, двулучепреломляющую пластину кварца, кристалл КДП (KHzPO4)2-среза, укрепленный на зеркале, на вторую повер:<ность которого нанесен проводящий слой CdQ:

Как известно, открытый резонатор лазера при определенных условиях обладает большой добротностью не только для продальныХ, но и поперечных мад, Каждая из таких мод характеризуется своим распределением поля внутри резонатора и опреде. ленной направленностью излучения.

Таким образам возможна получить выходное излучение с желаемым направлением распространения. Эта осуществляется посредством резонатора с управляемой добротностью, большим вырождением колебаний поперечного типа и селективным увеличением добротности для желаемого направления. Все типы колебаний поляризованы, и пластина с двойным лучепреломлением создает достаточную эллиптическую поляризацию для подавления колебаний. Таким образом, поперечные типы колебаний резонатора поддерживаются ниже порога, и толы<а для желаемого типа колебаний допускается превышение порога генерации. Эллиптическая поляризация может локально подавляться электрическим полем зарядов электронна-лучевой трубки, которые благодаря злектрооптическому эффекту присталла КДП, создают эллиптическую поляризацию с противоположным направлением вращения, что приводит к генерации поперечных

10 мад, Недостаткам устройства является формирования лишь однолучевого управляемого в пространстве лазерного излучения, в то время как в ряде практических приложений

15 требуется формирование многолучевого управляемага в пространстве лазерного излучения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет получения многолучеваго лазерного излучения с управляемыми пространственными характеристиками (расходимостью. лазерных лучей, углового положения лучей в пространстве) и энергетическими характеристиками (мощности излучения), Цель достигается тем, что в сканирующий лазер. содержащий активную среду, резонатор плоского паля сопряженного типа, состоящий из двух плоских зеркал, оптически сопряженных с помощью двух линз, расположенных внутри резонатора, электронно-лучевой пространственный модулятор, совмещенный с одним из зеркал резонатора, включающий в себя электронЗб на-лучевую трубку с электронным прожектором и отклоняющей системой, двулучепреломляюв ую пластину кварца, кристалл КДП (KHzP0p)Z-среза, укрепленный на зеркале, на вторую поверхность ка40 торога нанесен проводящий слой CdQ, дополнительно введены генератор синхронизации поперечных мод, и устройств управления расхадимостью лазерного луча, и устройств управления мощностью излучения, и сумматоров, а в электронно-лучевой пространственный модулятор — и электронных пра>кекторав с аткланя1ощими системами, управляющие электроды (модуляторы) которых подключены через сумматоры к выходу генератора синхронизации поперечных мад, вторые входы которых соединены с устройствами управления мощностью лазерного излучения, а фокусирующие электроды подсоединены к устройствам

55 управления оасхадимастью лазерных лучей, Зта позволяет посредством одновременного (или избирательного) облучения КДП кристалла пучками электронов ЗЛТ создать и локальных ячеек в плоскости КДП кристалла с координатами хль у i, с эллиптической по2004010

40

50 ляризацией, обеспечивающей превышение порога, Это приводит к генерации поперечных мод, которые на выходе резонатора образуют многалучевое излучение.

Управление лучей в пространстве осуществляется изменением положения каждого электронного пучка с помощью отклоняющей системы регулирование мощности осуществляется изменением потенциала на управляющих электродах (модуляторах) ЭЛТ; управление расходимости лазерных лучей — изменением потенциала на фокусирующих электродах, Возможные искажения

MHofoëó÷åâîão лазерного излучения в дальней зоне, обусловленные дифракционным взаимодействием поперечных мод, исключаются их синхронизацией, что позволяет разделить во времени появления поперечных мод, Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, -чта заявляемый сканирующий лазер отличается тем, что в него дополнительно включены со своими связями генератор синхронизации поперечных мод, и устройств управления расходимостью лазерного луча, и устройств управления мощностью лазерного излучения, п сумматоров, а в электронно-лучевой и растра нствен н ый модулятор — и электронных прожекторов.

Таким образом, заявленный сканирующий лазер соответствует критерию изобретению "Новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, чта однолучевые электронно-лучевые пространственные модуляторы (3); синхронизация поперечных мод, управление электронным пучком ЭЛТ известны. Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы сканирующий лазер проявляет новые свойства расширение функциональных вазможностей за счет формирования многолучевога лазерного излучения с управляемыми пространственными и энергетическими характеристиками. Это позволяет сделать вывод а соответствии технического решения критерию "Существенное отличие".

На чертеже представлена функциональная схема сканирующего лазера.

Сканирующий лазер содержит электронно-лучевой пространственный модулятор, состоящий из электронно-лучевой трубки 1 с и электронными прожекторами, каждый из которых имеет свои управляющие электроды (модуляторы) 2, фокусирующие электроды 3 и отклоняющие системы 4; кристалла КДП (КН2РОа)2-среза 5, CdO-покрытия 6, проводящего покрытия 7, двулучепреламля ащей пластины 8 кварца. Резонатор плоского поля, состоящий из двух плоских зеркал 9, 10, оптически сопряженных с помощью линз 11, 12, активную среду

13, и устройств 14 управления мощностью излучения, и сумматоров l5, и устройств 16 управления расходимостью лазерных лучей, генератора 17 синхронизации поперечных мод.

Управляющие электроды (модуляторы)

2 и электронных прожекторов ЭЛТ подключены через и сумматоров 15 к выходу генератора 17 синхронизации поперечных мод, вторые входы которых -оединены с и устройствами 14 управления мощностью лазерного излучения, а фокусирующие электроды 3 подсоединены к и устройствам

16 управления расхадимостью лазерных лучей.

Выполнение отдельных блоков управления ЭЛТ с и электронными прожекторами, например, может соответствовать типовым блокам управления аднолучевых

ЭЛТ, при этом устройство управления мощностью излучения может соответствовать устройству управления яркостью луча (плотности электронного патока); устройство уп-равления расходимостью лазерных лучей— блоку фокусировки лучей.

Устройства работает следующим образом, При накачке лазера. несмотря на то, чта создана достаточная для генерации инверсия населенности верхних энергетических уровней активного вещества, генерации лазерного излучения не происходит, так как на

KQll-кристалла 5 создана эллиптическая поляризация, обеспечивающая поддержание поперечных колебаний ниже порога генерации. Число таких колебаний в резонаторе мажет составить да 10, Многолучевое излу7 чение формируется за счет увеличения добротности резонатора для желаемого направления поперечных мод, что достигается одновременным облучением и пучками электронов ЭЛТ I соответствующих и участков КДП-кристалла 5 и тем самым созданием и локальных ячеек с координатами в плоскости КДП кристалла 5 хьч, ум с эллиптической поляризацией с противоположным направлением сектора поляризации.

Изменяя амплитуды напряжений на отклоняющих системах 4. можно отклонять пучки электронов и тем самым изменить координаты поляризованных ячеек х ь уп, что приводит к генерации поперечных мод с отличными от предыдущих направлениями распространения.

Таким образом, устройство позволяет создать условия для генерации поперечных

2004010

Формула изобретения

СКАНИРУ1ОЩИЙ ЛАЗЕР. содержащий активнуе среду, резонатор плоского поля

50 сопряженного типа, состоящий иэ двух плоских зеркал, оптически сопряженных с помощью двух линз, размещенных внутри резонатора, электронно-лучевой простран- 55 стеенный модулятор, совмещенный с одним иэ зеркал резонатора. включающий 8 себя электронно-лучевую трубку с электронным прожектором и отклоняющей системой, двул учел реломляющую пластину мод (многолучевого излучения) с желаемым (расчетным) направлением распространения. Однако, при одновременной генерации п поперечных мод возможно в результате их дифракционного взаимодействия в дальней зоне искажение волнового поля (многолучевого лазерного излучения). С целью исключения дифракционных искажений в устройстве осуществляется модуляция пучков электронов ЭЛТ генератором 17 синхро/ (— (— ), равной разности частот поперечных мод, где С вЂ” скорость света; L — длина резонатора; 8>, Вг — радиусы кривизны зеркал резонатора.

Это обеспечивает синхронизацию поперечных мод, что позволяет, в свою очередь, разделить во времени генерацию поперечных мод и тем самым исключить дифракционное взаимодействие мод и искажение поля в дальней зоне.

В заявленном устройстве. изменение ширины расходимости каждого луча обеспечивается за счет изменения потенциала на фокусирующих электродах 2, в результате чего изменяется площадь сечения пучка электронов в плоскости КДП-кристалла 5, что приводит к изменению площади поляризации и локальной ячейки, а это, в свою очередь, изменяет апертуру генерируемой поперечной моды, и к изменению расходимости лазерного луча на выходе резонатора.

Мощность излучения каждого лазерного луча управляется изменением напряжения на управляющих электродах (модуляторах) 2, что приводит к изменению напряжения, прикладываемого к кристаллу

КДП 5, и направлений векторов поляризации и локальных ячеек. Чем больше потенциал, тем ближе вектор к направлению, отличающемуся от направления исходной поляризации.

Применение сканирующего лазера с

- многолучееым управляемым излучением позволяет расширить его функциональные воэможности. Так, в случае применения его

5 в лазерных локационных системах уменьшается время поиска обьективов за счет возможности осуществления параллельного поиска, появляется возможность независимого одновременного измерения

10 параметров движения нескольких объективов и слежения за ними. Использование в системах оптической обработки информации позволяет повысить их быстродействие.

Использование в предлагаемом сканирую15 щем лазере внутреннего электронно-лучевого пространственного (пространственно-временного) модулятора с и электронными прожекторами обеспечивает существенный выигрыш в энергии лу20 чей лазера по сравнению с использованием внешних пространственно-временных модуляторов, так как при использовании внешних пространственно-временных модуляторов формирование многолучевого

25 излучения осуществляется за счет энергии однолучевого лазера (лазера, работающего в режиме генерации продольных мод), а в этом режиме лазер излучает меньше мощности, чем в режиме генерации поперечных

30 мод. Кроме того, при использовании внешних пространственно-временных модуляторов имеет место наличие значительных потерь на самом пространственно-временном модуляторе.

35 (56) 1, Ребрин Ю.К, Управление оптическим лучом в пространстве. M,: Советское радио, 1977, 336, с.141.

2. Васильев А.А., Касасент Д., Компанец

И.Н„Парфенов А,B. Пространственные мо40 дуляторы света. М,: Радио и связь, 1987, с.320.

3. Мустель Е.Р. и Парыгин В.Н. Методы модуляции и сканирования света. М.; Наука, 45 1970, с.257. кварца, кристалл КДР (КН2Р04) Z-среза. закрепленный на зеркале, на вторую поверхность которого нанесен проводящий слой

CdO, отличающийся тем, что в него дополнительно введены генератор синхронизации поперечных мод, устройство управления расходимостью лазерного луча, и устройств управления мощностью лазерного луча, п сумматоров, а в электронно-лучевой пространственный модулятор - n электронных прожекторов с отклоняющими системами, управляющие

2004010 электроды которых подключены через сумматоры к выходу генератора синхронизации поперечных мод, вторые входы,: которых соединены с устройствами уп-

Составитель В. Нижниковский

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н. Милюкова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

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

Редактор

Заказ 3325 равления мощностью лазерного излучения, а фокусирующие электроды отклоняющих систем подсоединены к устройствам управления расходимостью лазерных лучей.