Усилитель

 

Усилитель относится к лазерной технике, в частности к твердотельным усилителям лазерного излучения. Усилитель содержит три системы параллельных активных сред, ориентированных под углом друг к другу, а также пары из выпуклого и вогнутого зеркал, оптические оси которых параллельны активным средам. Излучение задающего генератора с помощью частично отражающей пластины направляют в усилитель вдоль оптических осей пар зеркал. Излучение, проходящее по активной среде, совершает несколько проходов, усиливается и через отверстие попадает на адаптивное зеркало, которое отражает его точно в обратном направлении. Через пластину усиленное излучение выходит сплошным когерентным пучком. Технический результат изобретения: сближение тепловых условий работы всех активных сред усилителя. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

Усилитель относится к лазерной технике, в частности к твердотельным усилителям лазерного излучения.

Известно положительное решение о выдаче патента на изобретение "Лазер" автора данной заявки [1]. Лазер содержит активную среду с формой сечения в виде исходящих из приосевой области секторов, геометрические вершины которых находятся на оптической оси лазера. Недостатком лазера является генерация нескольких когерентных между собой пучков, которые не заполняют полностью апертуру, ограничивающую размер сечения активной среды, что ослабляет осевую силу пучка в дальней зоне [2] из-за дифракции на границах каждого пучка.

Известен многоканальный усилитель, содержащий большое количество активных сред [3]. В усилителе несколько каналов активных сред обеспечивают облучение мишени с разных сторон. Недостатком усилителя является отсутствие сплошной апертуры лазерного пучка, что ограничивает осевую силу пучка в дальней зоне.

Известен усилитель автора данной заявки [4] - прототип. Усилитель содержит несколько активных сред, которые образуют несколько систем активных сред, ориентированных под углом друг к другу. В каждой системе активные среды расположены параллельно. Усилитель содержит также несколько пар зеркал, состоящих из выпуклого и выгнутого зеркал. При этом оптические оси пар зеркал параллельны активным средам, и активные среды всех систем расположены между выпуклыми и вогнутыми зеркалами пар зеркал. Количество систем активных сред определяется величиной коэффициента увеличения пары зеркал, то есть телескопа из вогнутого и выпуклого зеркал, между которыми находятся активные среды, то есть отношения радиусов вогнутого и выпуклого зеркал. Если отношение радиусов зеркал больше трех, то площадь выпуклых зеркал, то есть площадь областей, не занятых излучением в первых двух системах, будет в девять раз меньше площади областей, занятых излучением. При этом осевая сила пучка по сравнению с осевой силой пучка без пустых областей изменится несущественно и третья система активных сред не нужна, то есть усилитель будет содержать только две первые системы активных сред. Если отношение радиусов вогнутого и выпуклого зеркал меньше двух, то площадь выпуклых зеркал, то есть областей, не занятых излучением, будет больше одной четверти от площади областей, занятых излучением. В этом случае для заполнения пустых областей потребуется третья система активных сред, а если в ней также отношение радиусов зеркал будет меньше двух, то потребуется и четвертая система активных сред для создания пучка почти сплошного сечения. В диапазоне отношения радиусов 2-3 потребуется только третья система активных сред. Усилитель содержит также системы сведения первых двух систем активных сред и третьей системы активных сред, при этом оптические оси пар зеркал различных систем активных сред пересекаются друг с другом в плоскостях систем сведения. Причем в проекции вдоль оптических осей пар зеркал на поверхность первой системы сведения активные среды первой системы расположены дополнительно к активным средам второй системы до сплошного заполнения активными средами поверхности первой системы сведения. Поверхность первой системы сведения в областях проекций активных сред одной системы выполнена отражающей, а в областях проекций активных сред другой системы выполнена пропускающей. Системы сведения выполнены в виде прозрачных пластин. Активные среды первых двух систем в сечении, перпендикулярном оптической оси, выполнены в виде приосевой области с исходящими из нее секторами, геометрические вершины которых расположены на оптической оси, а внешние границы сектора ограничены замкнутым многоугольником, расположенным вокруг оптической оси, - признак автора. Для более полного заполнения апертуры усилителя излучением в области проекций выпуклых зеркал первых двух систем на поверхность первой системы сведения усилитель содержит третью систему активных сред, которые имеют в сечении шестигранную форму с размером выпуклых зеркал первых двух систем. Оптические оси пар зеркал третьей системы пересекаются с оптическими осями пар зеркал первых двух систем в плоскости второй системы сведения. Недостатком усилителя является невозможность использования активных сред первых двух систем в качестве активных сред третьей системы - из-за их формы. Недостатком усилителя является также неравенство тепловых условий работы активных сред в третьей и первых двух системах, то есть неравенство времени охлаждения активных сред до начальной температуры, при которой можно производить следующий пуск. У активных сред большого объема, то есть большого размера поперечного сечения, скорость охлаждения зависит от среднего размера поперечного сечения, поскольку градиент температуры в активной среде большого объема ограничен предельно допустимыми напряжениями, то есть прочностью активной среды. Средний размер сечения шестигранной активной среды третьей системы больше среднего размера одного сектора активной среды первых двух систем, так как их площади различаются в полтора раза. При этом время охлаждения активной среды третьей системы больше, чем время охлаждения активных сред первых двух систем.

Задачей изобретения является сближение тепловых условий работы активных сред всех систем.

Сущность изобретения заключается в том, что в первых двух системах активных сред вокруг оптических осей одной или нескольких пар зеркал расположено несколько активных сред, каждая из которых в сечении, перпендикулярном оптической оси, имеет форму, ограниченную сектором, исходящим от оптической оси, и замкнутым многоугольником, расположенным вокруг оптической оси, при этом активные среды при каждой паре зеркал или выполнены с одинаковой длиной оптического пути вдоль оптической оси пары, или одно из зеркал или оба зеркала пары выполнены из нескольких частей соответственно количеству активных сред, причем для всех частей зеркал оптическая ось пары является общей оптической осью.

Сущность изобретения заключается также в том, что в парах зеркал первых двух систем активных сред отношения радиусов вогнутого и выпуклого зеркал равно двум, и в третьей системе активных сред вокруг оптических осей одной или нескольких пар зеркал расположены симметрично две активные среды, такие же, как в первых двух системах активных сред, но ориентированные боковыми сторонами к оптической оси и друг к другу.

В первых двух системах активных сред вокруг оптических осей одной или нескольких пар зеркал расположены несколько активных сред. Активная среда в третьей системе активных сред в сечении, перпендикулярном оптической оси, должна иметь размеры, равные или не меньше размеров выпуклого зеркала в парах зеркал первых двух систем. При фокусировке излучения далеко за пределами усилителя выпуклые и вогнутые зеркала в усилителе расположены почти софокусно, то есть образуют почти телескопическую систему. Размеры вогнутых зеркал равны поперечным размерам активных сред, а размеры выпуклых зеркал меньше размеров вогнутых зеркал в коэффициент увеличения телескопа раз, то есть меньше в отношение радиусов вогнутого и выпуклого зеркал раз. Для наиболее часто используемых в твердотельных усилителях коэффициентов увеличения телескопов, лежащих в интервале 2-3, размер активных сред третьей системы в сечении, перпендикулярном оптической оси, должен быть в 2-3 раза меньше размера активных сред первых двух систем в том же сечении. Расположение двух активных сред вокруг оптической оси позволяет вдвое уменьшить поперечные размеры одной активной среды первых двух систем по сравнению с прототипом, то есть приблизить их размеры к размерам активной среды, необходимой для третьей системы. Расположение вокруг оптической оси трех и более активных сред позволяет использовать в первых двух системах активные среды, поперечные размеры которых меньше размеров выпуклого зеркала, то есть из которых можно составлять активную среду для третьей системы. Сближение поперечных размеров активных сред первых двух систем и третьей системы позволяет сблизить тепловые условия работы активных сред всех систем, то есть сблизить время их охлаждения до начальной температуры.

В сечении, перпендикулярном оптической оси, активные среды имеют форму, ограниченную сектором, исходящим от оптической оси, и замкнутым многоугольником, расположенным вокруг оптической оси. Это позволяет составлять из таких активных сред активную среду, размеры и формы которой в сечении, перпендикулярном оптической оси, совпадают с размерами и формой выпуклого зеркала или совпадают с большей частью формы выпуклого зеркала, то есть с размерами и формой активной среды, необходимой для третьей системы активных сред. Другие формы активных сред, например круглые, не позволяют сформировать из активных сред первых двух систем активную среду для третьей системы.

Активные среды при каждой паре зеркал или выполнены с одинаковой длиной оптического пути вдоль оптической оси пары или одно из зеркал или оба зеркала пары выполнены из нескольких частей соответственно количеству активных сред. Каждая пара зеркал с активными средами, расположенными вокруг оптической оси пары, образует один канал усилителя. Пучки излучения от всех каналов усилителя фазируются между собой, при этом образуется один когерентный пучок всего усилителя большого диаметра. Для фазирования каналов пучки должны быть сфазированы также внутри каждого канала. Пучки, проходящие между сферическими зеркалами через активные среды, останутся сфазированными, когда они проходят по активным средам одинаковую длину оптического пути или когда они будут дополнительно сфазированы в случае различных длин оптического пути активных сред. Выполнение одного из зеркал или обоих зеркал пары из нескольких частей соответственно количеству активных сред позволяет выполнить эти части зеркал с возможностью независимых микроперемещений и таким образом сфазировать между собой пучки, проходящие через разные активные среды. Фазировка пучков уменьшает расходимость суммарного пучка и увеличивает его осевую силу.

Для всех частей зеркал оптическая ось пары является общей оптической осью. Это позволяет фазировать пучки в одном направлении и фокусировать за счет перемещения зеркал общий пучок в одной точке.

В парах зеркал первых двух систем отношения радиусов вогнутого и выпуклого зеркал равно двум, при этом зеркала расположены почти софокусно, то есть образуют фокусирующий телескоп с коэффициентом увеличения, равным двум. В этом случае в первых двух системах активных сред поперечный размер выпуклого зеркала вдвое меньше размера вогнутого зеркала и равен размеру одной активной среды по радиусу от оптической оси. При этом форма активных сред первых двух систем, ограниченная секторами, исходящими от оптической оси, и многоугольником, расположенным вокруг оптической оси, позволяет сформировать активную среду для третьей системы активных сред с поперечными размерами или большей частью поперечных размеров, точно равных размерам выпуклого зеркала.

Третья система активных сред выполнена и ориентирована аналогично первым двум системам активных сред. При этом в третьей системе активных сред вокруг оптических осей одной или нескольких пар зеркал расположены симметрично две активные среды, такие же, как в первых двух системах активных сред, но ориентированные боковыми сторонами к оптической оси и друг к другу. При этом в сечении, перпендикулярном оптической оси, оптическая ось пары зеркал расположена на равном расстоянии от краев сторон каждой активной среды и края сторон активных сред расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. То есть активные среды расположены симметрично вокруг оптической оси, рядом с оптической осью так, что между активными средами существует небольшая щель для прохождения хладагента. В сечении, перпендикулярном оптической оси, стороны активных сред совпадают с несколькими сторонами выпуклого зеркала первых двух систем. Существование щели для прохождения хладагента между активными средами позволяет сблизить тепловые условия активных сред третьей и первых двух систем, то есть сблизить время охлаждения активных сред всех систем после работы усилителя до начальной температуры. Небольшая щель не приводит к существенным потерям излучения, поскольку ее площадь мала по сравнению с площадью сечения активной среды и площадью усиливаемого пучка излучения, проходящего наиболее близко к оптической оси, в центре которого излучение отсутствует. Активные среды могут быть выполнены с возможностью перемещений, то есть в момент пуска они прижаты друг к другу, а после пуска их раздвигают для охлаждения.

Использование в третьей системе таких же активных сред, как и в первых двух системах, позволяет использовать одинаковую технологию их изготовления. Одинаковые активные среды позволяют также компоновать пары зеркал на периферии и внутри систем активных сред различным количеством активных сред. Выход из строя одной активной среды не требует замены также и других активных сред, так как активные среды не связаны между собой.

На фиг.1 изображена схема продольного сечения усилителя с тремя системами активных сред.

На фиг. 2 изображена схема продольного и поперечных сечений одного канала первых двух систем активных сред с двумя активными средами вокруг оптической оси пары зеркал.

На фиг. 3 изображена схема продольного и поперечных сечений одного канала третьей системы активных сред, дополнительной к первым двум системам с двумя активными средами вокруг оптической оси пары зеркал.

На фиг. 4 изображены поперечные сечения первых двух систем активных с двумя активными средами вокруг оптической оси пары зеркал, а также поперечное сечение третьей системы активных сред и поперечное сечение выходящего из усилителя пучка.

На фиг. 5 изображена схема продольного и поперечных сечений одного канала первых двух систем активных сред с тремя активными средами вокруг оптической оси пары зеркал.

На фиг. 6 изображена схема продольного и поперечных сечений одного канала третьей системы активных сред, дополнительной к первым двум системам активных сред с тремя активными средами вокруг оптической оси пары зеркал.

На фиг.7 изображены поперечные сечения первых двух систем активных сред с тремя активными средами вокруг оптической оси пары зеркал, а также поперечное сечение третьей системы активных сред и поперечное сечение выходящего из усилителя пучка.

На фиг. 8 изображена схема продольного и поперечных сечений одного канала первых двух систем активных сред с четырьмя активными средами вокруг оптической оси пары зеркал.

На фиг. 9 изображена схема продольного и поперечных сечений одного канала третьей системы активных сред, дополнительной к первым двум системам активных сред с четырьмя активными средами вокруг оптической оси пары зеркал.

На фиг. 10 изображены поперечные сечения первых двух систем активных сред с четырьмя активными средами вокруг оптической оси пары зеркал, а также поперечное сечение третьей системы активных сред и поперечное сечение выходящего из усилителя пучка.

Усилитель (на фиг. 1) содержит несколько активных сред, сгруппированных в две системы активных сред 1, 2 и третью систему активных сред 3. Системы активных сред ориентированы под углом 90 градусов друг к другу, и в каждой из них активные среды расположены параллельно. Усилитель содержит также несколько пар зеркал 4, 5, состоящих из выпуклого 4 и вогнутого 5 зеркал. При этом вогнутые зеркала выполнены с возможностью микроперемещений для фазировки каналов усилителя. Оптические оси 6 пар зеркал 4, 5 параллельны активным средам, и активные среды в каждой системе расположены между выпуклыми 4 и вогнутыми 5 зеркалами пар зеркал. Усилитель содержит систему сведения первых двух систем активных сред 1, 2, выполненную в виде прозрачной пластины 7, одна из поверхностей которой расположена в плоскости точек пересечения оптических осей пар зеркал систем 1, 2, а также вторую систему сведения третьей системы активных сред 3 и первых двух систем 1, 2, выполненную также в виде прозрачной пластины 8, одна из поверхностей которой расположена в плоскости точек пересечения оптических осей пар зеркал систем 3 и 1, 2. При этом в проекции вдоль оптических осей 6 пар зеркал на поверхности первой системы сведения 7 активные среды системы 1, как показано на фиг. 4, 7, 10, виды B-B, расположены дополнительно к активным средам системы 2, как показано на фиг. 4, 7, 10, виды А-А, до сплошного заполнения активными средами поверхности системы сведения. Поверхность системы сведения 7 в плоскости точек пересечения точек оптических осей пар зеркал систем 1, 2 в областях проекций активных сред системы 1 выполнена пропускающей, а в областях проекций активных сред системы 2 выполнена отражающей. Поверхность второй системы сведения 8 в плоскости точек пересечения оптических осей пар зеркал системы 3 и систем 1, 2 в областях проекций вдоль оптических осей выпуклых зеркал систем 1, 2 выполнена отражающей, а в остальных областях выполнена пропускающей. Усилитель дополнен также непрерывным одночастотным лазером 9, предназначенным для фазировки каналов усилителя в промежутках между работой и во время работы усилителя, а также для управления частотой задающего генератора 10. Задающий генератор формирует импульсы излучения высокого качества на частоте работы непрерывного лазера. Поляризационный анализатор 11 предназначен для пропускания излучения непрерывного лазера 9 и задающего генератора 10, идущего к усилителю, и задержки излучения, идущего от усилителя, с плоскостью поляризации, повернутой на 90 градусов фазовыми пластинами 12. Окулятор 13, выполненный в виде рассеивающей линзы, вместе с объективом 14, выполненным в виде собирающей линзы, образует телескоп, формирующий излучение задающего генератора и непрерывного лазера необходимого размера для ввода в усилитель. Пластина 15 предназначена для отражения части излучения, выходящего из усилителя на телевизионный приемник 16, находящийся в фокальной плоскости объектива 14. Телевизионный приемник 16 чувствителен к излучению усилителя, задающего генератора и непрерывного лазера и предназначен для регистрации распределения излучения усилителя в дальней зоне, а также для регистрации дифракционной картины от различных каналов усилителя при фазировке каналов между собой. Прозрачные пластина 17 отражает в усилитель часть излучения, идущего от задающего генератора и непрерывного лазера, а также отражает в направлении телевизионного приемника часть излучения, выходящего из усилителя. Электрооптические затворы 18 предназначены для пропускания или задержки проходящего через них излучения под действием управляющего электрического сигнала. С их помощью фазируются любые два канала усилителя. Фазовые четвертьволновые пластинки 12 поворачивают плоскость поляризации проходящего через них излучения на 90 градусов за два прохода туда и назад так, что поляризационный анализатор 11 не пропускает к задающему генератору и непрерывному лазеру излучение, выходящее из усилителя. Телескоп 19 согласовывает апертуры отверстия вогнутого зеркала 5 и адаптивного зеркала 20. Адаптивное зеркало 20 предназначено для отражения в строго обратном направлении всех частей падающего на него пучка излучения путем изменения кривизны любой части отражающей поверхности под действием внешних управляющих сигналов.

В каждой системе активных сред 1, 2 вокруг оптических осей одной или нескольких пар зеркал может быть расположено две активные среды. Продольное и поперечные сечения одного такого канала и сечения всех таких систем активных сред показаны на фиг. 2, 3, 4. Положение оптической оси отмечено крестиком.

Здесь каждая активная среда 21 первых двух систем активных сред в сечении, перпендикулярном оптической оси (вид Е-Е, фиг. 2), имеет форму, ограниченную замкнутым многоугольником в виде квадрата, расположенного симметрично вокруг оптической оси, и 90-градусным сектором, исходящим от оптической оси к серединам сторон квадрата. При этом с углов сняты технологические фаски и может быть удалена часть активной среды, не занятия излучением. Выпуклое зеркало 22 так же, как многоугольник, ограничивающий активные среды, выполнено в форме квадрата (вид Г, фиг. 2). Вогнутое зеркало 23 выполнено из двух частей (вид Ж-Ж, фиг. 2) соответственно количеству активных сред, расположенных вокруг оптической оси, и имеет квадратное отверстие на оптической оси, отсекающее от зеркал часть приосевой области. Для всех частей зеркала 23 оптическая ось пары зеркал 22, 23 является общей оптической осью. Лампы оптической накачки 24 расположены вдоль активных сред между выпуклым и вогнутым зеркалами. Отношение радиусов вогнутого и выпуклого зеркал равно двум, и они расположены софокусно, образуя телескоп. При этом размер выпуклого зеркала вдвое меньше размера вогнутого зеркала, размеры которого совпадают с размерами квадрата, ограничивающего активные среды, то есть размер выпуклого зеркала равен размеру сечения одной активной среды. При этом в третьей системе активных сред на оптической оси пары зеркал достаточно расположить одну активную среду (такую же, как в первых двух системах активных сред), как показано на фиг.3. Здесь 21 - активная среда, 25 - выпуклое зеркало, 26 - вогнутое зеркало с квадратным отверстием на оптической оси, 24 - лампы оптической накачки. В сечениях систем активных сред, перпендикулярных оптическим осям (фиг. 4), активные среды первой системы (вид А-А) расположены дополнительно к активным средам второй системы (вид В-В) до сплошного заполнения активными средами поверхности системы сведения. Здесь каналы второй системы получены из каналов первой системы путем их поворота вокруг оси, перпендикулярной оптической оси, на 180 градусов. В третьей системе активных сред (вид С-С) размер активных сред равен размеру выпуклых зеркал первых двух систем. Их проекция вдоль оптических осей на поверхность второй системы сведения совпадает с отражающими частями этой поверхности. Активные среды 21 и лампы оптической накачки 24 находятся в корпусе 27. Системы сведения 7, 8 обеспечивают получение почти сплошного выходящего из усилителя пучка, сечение которого показано на виде Д-Д фиг. 4.

В каждой системе активных сред 1, 2 вокруг оптической осей одной или нескольких пар зеркал может быть расположено три активные среды. Продольное и поперечные сечения одного такого канала и сечения всех систем активных сред показаны на фиг. 5, 6, 7. Здесь каждая активная среда 28 в сечении, перпендикулярном оптической оси (вид М-М, фиг. 5), имеет форму, ограниченную замкнутым многоугольником в виде равностороннего шестиугольника, расположенного симметрично вокруг оптической оси, отмеченной крестиком, и 60-градусным сектором, исходящим от оптической оси к вершинам шестиугольника. При этом с углов активной среды сняты технологические фаски и может быть удалена часть приосевой активной среды, не занятая излучением. Выпуклое зеркало 29 так же, как многоугольник, ограничивающий активные среды, выполнено в форме шестиугольника (вид Л, фиг. 5). Вогнутое зеркало 30 выполнено из трех частей (вид Н-Н, фиг. 5) соответственно количеству активных сред и имеет шестиугольное отверстие на оптической оси, отсекающее от зеркал часть приосевой области. Для всех частей зеркала 30 оптическая ось пары зеркал 29, 30 является общей оптической осью. Лампы оптической накачки 24 расположены вдоль активных сред между выпуклым и вогнутым зеркалами и между активными средами. Отношение радиусов вогнутого и выпуклого зеркал равно двум, и они расположены почти софокусно, образуя фокусирующий телескоп. При этом размер выпуклого зеркала вдвое меньше размера вогнутого зеркала, размеры которого совпадают с размерами шестиугольника, ограничивающего активные среды, то есть радиальный размер выпуклого зеркала равен размеру стороны сечения одной активной среды. При этом в третьей системе активных сред на оптической оси пары зеркал достаточно расположить две такие активные среды сторонами вдоль радиального размера выпуклого зеркала, как показано на фиг. 6. Обе активные среды 28 (вид П-П, фиг. 6) расположены симметрично и ориентированы боковыми сторонами к оптической оси, отмеченной крестиком, и друг к другу. При этом оптическая ось пары зеркал расположена на равном расстоянии от краев сторон каждой активной среды и края сторон активных сред расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, образуя щель между активными средами для протекания хладагента. Симметричное и одинаковое расположение активных сред вокруг оптической оси и небольшой размер щели между активными средами обеспечивают в проекции вдоль оптической оси на поверхность второй системы сведения совпадение четырех сторон активных сред с четырьмя сторонами соответствующих выпуклых зеркал первой и второй системы активных сред, также в проекции вдоль оптической оси на поверхность второй системы сведения. Такой же размер и ориентацию, как у этого выпуклого зеркала, имеет вогнутое зеркало 31, выполненное из двух частей (вид Р-Р, фиг.6) соответственно количеству активных сред и имеющее шестиугольное отверстие на оптической оси, отсекающее от зеркала часть приосевой области. Форма выпуклого зеркала 32 третьей системы активных сред также выполнена шестиугольный (вид О, фиг. 6). В сечениях систем активных сред, перпендикулярных оптических осям (фиг. 7), активные среды первой системы (вид А-А) расположены дополнительно к активным средам второй системы (вид В-В) до сплошного заполнения активными средами поверхности системы сведения. Здесь центральный канал второй системы получен из центрального канала первой системы путем его поворота вокруг оптической оси на 60 градусов. На периферии этих систем расположены каналы, не полностью укомплектованные активными средами и содержащие по одной или две активные среды. Это позволяет ограничить форму системы активных сред шестиугольником с прямолинейными сторонами без выступов и выемок. В свою очередь, это позволяет выполнить пластину системы сведения такой же формы и полностью заполнить ее излучением, либо проходящим, либо отражаемым. Отсутствие в пластине областей, не заполненных излучением, позволяет уменьшить температурные напряжения в пластине, то есть улучшить расходимость и повысить осевую силу излучения. В третьей системе активных сред (вид С-С, фиг. 7) вокруг оптической оси каждой пары зеркал расположены одна или две активные среды. В центральном канале системы расположены две активные среды, а в периферийных каналах - по одной активной среде. Это позволяет более полно заполнить излучением внутренний участок пластины системы сведения и обеспечивает более полное заполнение прямолинейных границ пластины излучением. Активные среды 28 и лампы оптической накачки 24 находятся в корпусе 33. Системы сведения 7, 8 обеспечивают получение почти сплошного выходящего из усилителя пучка, сечение которого показано на виде Д-Д фиг. 7.

В каждой системе активных сред 1, 2 вокруг оптических осей одной или нескольких пар зеркал может быть расположено четыре активные среды. Продольное и поперечные сечения одного такого канала и сечения всех систем активных сред показаны на фиг. 8, 9, 10. Здесь каждая активная среда 34 в сечении, перпендикулярном оптической оси (вид Т-Т, фиг. 8), имеет форму, ограниченную замкнутым многоугольником в виде квадрата, расположенного симметрично вокруг оптической оси, отмеченной крестиком, и 45-градусным сектором, исходящим от оптической оси к углам и серединам сторон квадрата. При этом с углов активной среды сняты технологические фаски и может быть удалена часть приосевой активной среды, не занятая излучением. Выпуклое зеркало 15 так же, как многоугольник, ограничивающий активные среды, выполнено в форме квадрата (вид С, фиг. 8). Вогнутое зеркало 36 выполнено из четырех частей (вид У-У, фиг 8) соответственно количеству активных сред и имеет квадратное отверстие на оптической оси, отсекающее от зеркал часть приосевой области. Для всех частей зеркала 36 оптическая ось пары зеркал 35, 36 является общей оптической осью. Лампы оптической накачки 24 расположены вдоль активных сред между активными средами. Отношение радиусов вогнутого и выпуклого зеркал равно двум, и они расположены почти софокусно, образуя фокусирущий телескоп. При этом размер выпуклого зеркала вдвое меньше размера вогнутого зеркала, размеры которого совпадают с размерами квадрата, ограничивающего активные среды, то есть размер выпуклого зеркала равен размеру катета сечения одной активной среды. При этом в третьей системе активных сред на оптической оси пары зеркал расположены две активные среды большими сторонами друг к другу, как показано на фиг. 9. Обе активные среды 34 (вид Х-Х, фиг. 9) ориентированы боковыми сторонами к оптической оси, отмеченной крестиком, и друг к другу. При этом оптическая ось пары зеркал расположена на равном расстоянии от краев сторон каждой активной среды, и края сторон активных сред расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, образуя щель между активными средами для протекания хладагента. Симметричное и одинаковое расположение активных сред вокруг оптической оси и небольшой размер щели между ними обеспечивают совпадение сторон активных сред и сторон выпуклого зеркала 35 первых двух систем. Такой же размер, как у этого выпуклого зеркала, имеет вогнутое зеркало 37, выполненное из двух частей (вид Ц-Ц, фиг. 9), соответственно количеству активных сред и имеющее квадратное отверстие на оптической оси, отсекающее от зеркал часть приосевой области. Форма выпуклого зеркала 38 третьей системы активных сред также выполнена квадратной (вид Ф, фиг. 9). В сечениях систем активных сред, перпендикулярных оптических осям (фиг. 10), активные среды первой системы (вид А-А) расположены дополнительно к активным средам второй системы (вид В-В) до сплошного заполнения активными средами поверхности системы сведения. Здесь каналы второй системы получены из каналов первой системы путем их поворота вокруг оси, перпендикулярной оптической оси на 180 градусов. В третьей системе активных сред (вид С-С) размер активных сред равен размеру выпуклых зеркал первых двух систем. Их проекция вдоль оптических осей на поверхность второй системы сведения совпадает с отражающими частями этой поверхности. Активные среды 34 и лампы оптической накачки 24 находятся в корпусе 39. Системы сведения 7, 8 обеспечивают получение почти сплошного пучка, выходящего из усилителя, сечение которого показано на виде Д-Д, фиг. 10.

Работает усилитель следующим образом. Излучение одночастотного непрерывного лазера 9 управляет частотой излучения импульсов задающего генератора 10. Излучение задающего генератора проходит через поляризационный анализатор 11, расширяется телескопом 13, 14 до размера апертуры усилителя и вводится в усилитель после частичного отражения от прозрачной пластины 17. Пластина 8 второй системы сведения отражает часть излучения в третью систему активных сред 3 и пропускает остальное излучение к пластине 7 первой системы сведения, которая разделяет излучение на две части и направляет одну часть во вторую систему активных сред 2, а вторую часть пропускает в первую систему активных сред 1. В каждом канале всех систем активных сред излучение проходит вокруг выпуклого зеркала 4 через активные среды 1, 2, 3 на вогнутое зеркало 5, от которого оно отражается через активную среду на выпуклое зеркало 4. Между вогнутым и выпуклым зеркалом через активную среду излучение совершает несколько проходов, усиливаясь с каждым проходом и уменьшаясь в поперечном размере, и целиком выходит через отверстие в вогнутом зеркале, расположенном в центре зеркала на оптической оси. Вышедшее через отверстие зеркала излучение проходит через открытый электрооптический затвор 18, проходит через фазовую пластину 12 и расширяется телескопом 19 до апертуры адаптивного зеркала 20. Адаптивное зеркало, управляемое внешними сигналами, отражает все части падающего на него пучка излучения строго в обратном направлении. При этом, проходя в обратном направлении через фазовую пластину 12, поляризация излучения становится перпендикулярной к поляризации идущего навстречу излучения. Пройдя весь путь в обратном направлении, излучение усиливается и после частичного отражения от пластины 17, частично отражается от прозрачной пластинки 15 и попадает в телевизионный приемник 16, который регистрирует распределение излучения в дальней зоне. При этом с помощью микроперемещений вогнутых зеркал сохраняют фазировку каналов. Прошедшее через пластину 15 к поляризационному анализатору 11 излучение не проходит через него, так как имеет перпендикулярную поляризацию, то есть не мешает работе задающего генератора 10 и непрерывного лазера 9. Прошедшее через пластину 17 усиленное излучение выходит из усилителя когерентным пучком.

Перед работой усилителя при фазировке излучения в одном канале закрывают электрооптические затворы 18 других каналов и с помощью микроперемещений частей вогнутого зеркала 5 получают необходимое распределение излучения в плоскости телевизионного приемника 16. Таким образом фазируют все каналы. При фазировке каналов между собой открывают электрооптический затвор опорного канала и электрооптический затвор фазируемого канала и с помощью микроперемещений вогнутого зеркала фазируемого канала получают необходимое распределение излучения в плоскости телевизионного приемника. Остальные электрооптические затворы закрыты. При фазировке следующего канала открывается его электрооптический затвор и закрывается затвор предыдущего канала. После фазировки всех каналов усилитель готов к работе.

После работы усилителя активные среды охлаждаются хладагентом. При этом время охлаждения третьей системы активных сред близко ко времени охлаждения первых двух систем активных сред, так как размеры всех активных сред одинаковы.

Пучок излучения на выходе из усилителя в сечении почти целиком заполнен излучением, имеет большие габариты и когерентен по всему сечению. Это обеспечивает высокую осевую силу пучка. Микроприводы вогнутых зеркал и адаптивные зеркала, обеспечивающие когерентность пучка, позволяют также в небольшом диапазоне управлять направлением и кривизной пучка, то есть обеспечивают наведение и фокусировку пучка в нужном месте.

Литература 1. Положительное решение по заявке N 93028142/25 (028035) от 29.08.1995 г. под названием "Лазер", автор и заявитель Мальцев В.В.

2. Ю.А. Ананьев. Оптические резонаторы и лазерные пучки. М., 1990 г., с. 46.

3. А.М. Василевский и др. Оптическая электроника. Л., 1990 г., с. 73.

4. Патент на изобретение N 2130675, с приоритетом от 15.07.97 г. под названием "Усилитель", авторы и заявители В.В. Мальцев, В.И. Югов.

Формула изобретения

1. Усилитель, содержащий несколько активных сред, которые образуют несколько систем активных сред, ориентированных под углом друг к другу, при этом в каждой системе активные среды расположены параллельно, содержащий также несколько пар зеркал, состоящих из выпуклого и вогнутого зеркал, причем активные среды в системах активных сред расположены между выпуклыми и вогнутыми зеркалами пар зеркал и оптические оси пар зеркал параллельны активным средам, содержащий также не менее одной системы сведения систем активных сред, причем оптические оси пар зеркал различных систем активных сред пересекаются друг с другом в плоскости одной или нескольких систем сведения, при этом в проекции вдоль оптических осей пар зеркал первых двух систем активных сред на поверхность первой системы сведения активные среды первой системы расположены дополнительно к активным средам второй системы до сплошного заполнения активными средами поверхности первой системы сведения, отличающийся тем, что в первых двух системах активных сред вокруг оптических осей одной или нескольких пар зеркал расположено несколько активных сред, каждая из которых в сечении, перпендикулярном оптической оси, имеет форму, ограниченную сектором, исходящим от оптической оси, и замкнутым многоугольником, расположенным вокруг оптической оси, причем для всех частей зеркал оптическая ось пары является общей оптической осью.

2. Усилитель по п.1, отличающийся тем, что в парах зеркал первых двух систем активных сред отношение радиусов вогнутого и выпуклого зеркал равно двум и в третьей системе активных сред вокруг оптических осей одной или нескольких пар зеркал расположены симметрично две активные среды, такие же, как в первых двух системах активных сред, но ориентированные боковыми сторонами к оптической оси и друг другу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10