Устройство для частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния (варианты)

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в оптической связи, лазерной локации, для создания стабильного малогабаритного лазера. Устройство включает оптически связанные и размещенные на одной оптической оси источник накачки с активной средой, фокусирующий элемент, ВКР-активную среду. Активная среда источника накачки и ВКР-среда выполнены в виде единого активного элемента, снабженного источником боковой накачки. Активный элемент просветлен по торцам одновременно на длину волны накачки и длину волны стоксова комбинационного рассеяния и помещен в резонатор лазера, образованный фокусирующим элементом и введенным зеркалом. Фокусирующий элемент выполнен в виде вогнутого зеркала, отражающего на длине волны накачки и длине волны стоксова рассеяния. Введенное зеркало выполнено отражающим на длине волны накачки и полупрозрачным для стоксовой длины волны излучения. Между фокусирующим элементом и активным элементом на оптической оси установлен затвор. Фокусирующий элемент может быть выполнен в виде вогнутого зеркала, полупрозрачного на длине волны вынужденного комбинационного рассеяния, а введенное зеркало выполнено отражающим на обеих длинах волн, при этом затвор расположен на оптической оси между введенным зеркалом и торцом активного элемента. Технический результат - создание стабильного малогабаритного устройства для преобразования волны накачки одной частоты в когерентное излучение другой частоты. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в оптической связи, лазерной локации, в оптотехнике, в частности для создания стабильного малогабаритного лазера, в котором волна накачки преобразуется в когерентное стоксово излучение.

Известна установка для частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) в ВКР-активных кристаллах кальцита, нитритов бария и натрия, помещенных в плоский или телескопический резонатор [С.Н.Карпухин, А.И.Степанов. Генерация при ВКР в кристаллах Ba(NO₃), NaNO₃ и СаСО₃. Квантовая электроника", №8, 1986 г., стр.1572], которая содержит ВКР - активную среду, источник волны накачки, формируемый тремя активными элементами, ромбом Френеля, кристаллом КДП (удвоителем частоты), пассивным затвором, двумя призмами полного внутреннего отражения, три интерференционных поляризатора, помещенных в резонатор лазера, селективного светофильтра, телескопа и зеркала.

Ввиду сложности и громоздкости данная установка не может быть использована в качестве основы для серийно разрабатываемых малогабаритных лазеров на ВКР-преобразовании.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемым техническим решениям является устройство для частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния [патент РФ №2012116, кл. Н01S 3/104, публ. 30.04.1994 г.], включающее оптически связанные источник накачки, фокусирующий элемент и ВКР-активную среду, размещенные на одной оптической оси с фокусирующим элементом, выполненным перекрывающим пучок накачки и частично прозрачным за счет имеющихся в нем отверстий.

Однако в указанном устройстве источник волны накачки пространственно разобщен со средой, в которой осуществляется ВКР-преобразование, что приводит к увеличению линейных габаритов устройства и появлению возможных нестабильностей излучения при угловых перемещениях источника накачки относительно ВКР-активной среды.

Задача изобретения - создание стабильного малогабаритного устройства для преобразования волны накачки одной частоты в когерентное излучение другой частоты за счет увеличения области перекрытия источника накачки и ВКР-активной среды.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в устройстве для частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния по первому варианту, включающем оптически связанные и размещенные на одной оптической оси источник накачки с активной средой, фокусирующий элемент, ВКР-активную среду, в отличие от известного, активная среда источника накачки и ВКР-активная среда выполнены в виде единого активного элемента, снабженного источником боковой накачки, установленного параллельно геометрической оси активного элемента. Активный элемент просветлен по торцам одновременно на длину волны накачки и длину волны стоксова комбинационного рассеяния и помещен в резонатор лазера, образованный фокусирующим элементом и введенным зеркалом. При этом фокусирующий элемент выполнен в виде вогнутого зеркала, отражающего на длине волны накачки и длине волны стоксова рассеяния, а введенное зеркало выполнено отражающим излучение на длине волны накачки и полупрозрачным для стоксовой длины волны излучения, причем между фокусирующим элементом и активным элементом на оптической оси установлен затвор.

В устройстве по второму варианту, в отличие от известного, фокусирующий элемент выполнен в виде вогнутого зеркала полупрозрачного на длине волны вынужденного комбинационного рассеяния, а введенное зеркало выполнено отражающим на обеих длинах волн, при этом затвор расположен на оптической оси между введенным зеркалом и торцом активного элемента.

В устройствах по обоим вариантам источник боковой накачки может быть выполнен в виде лампы накачки с осветителем либо в виде одной или нескольких лазерных диодных линеек.

В устройствах по обоим вариантам активный элемент может быть выполнен в виде кристалла либо в виде лазерного стекла с внедренными в них ионами редкоземельных элементов.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства для частотного преобразования лазерного излучения на основе ВКР; на фиг.2 - схема устройства с источником боковой накачки активного элемента, выполненным в виде лампы накачки с осветителем; на фиг.3 - схема устройства с источником боковой накачки активного элемента, выполненным в виде двух лазерных диодных линеек.

Устройство по обоим вариантам содержит активный элемент 1 (фиг.1-3), расположенный на оптической оси устройства и снабженный источником боковой накачки, выполненный в виде лампы-накачки 2 и осветителя 3, установленных параллельно геометрической оси активного элемента и параллельно поверхности осветителя 3. На одну из поверхностей осветителя 3 нанесено отражающее покрытие. На одной оптической оси с активным элементом 1 установлены затвор 4, фокусирующий элемент 5 и введенное зеркало 6 (например, плоское). При этом в устройстве по первому варианту фокусирующий элемент 5 выполнен в виде вогнутого зеркала, отражающего на длине волны накачки и на длине волны стоксова рассеяния (коэффициент отражения на длине волны накачки и на длине волны стоксова рассеяния более 99%), а введенное зеркало 6 выполнено отражающим на длине волны накачки и полупрозрачным для длины волны стоксова излучения.

В устройстве по второму варианту фокусирующий элемент 5 выполнен в виде вогнутого зеркала, полупрозрачного на длине волны вынужденного комбинационного рассеяния, а введенное зеркало 6 выполнено отражающим на обеих длинах волн, при этом затвор 4 расположен между введенным зеркалом 6 и торцом активного элемента 1.

Источник боковой накачки по обоим вариантам выполнен в виде лампы накачки с осветителем (фиг.2) или в виде одной или нескольких лазерных диодных линеек (фиг.3).

Активный элемент 1 по обоим вариантам может быть выполнен в виде кристалла либо из лазерного стекла, с внедренными в них ионами редкоземельных элементов.

Устройство по обоим вариантам работает следующим образом. В активном элементе 1, например, KGW, легированном ионами Nd³⁺, возбуждается переход ⁴F_3/2→⁴I_13/2 с помощью боковой подсветки импульсной лампой 2 или лазерной диодной линейкой 2. В результате возникает излучение с длиной волны λ=1,35 мкм, которое, выполнив несколько проходов между зеркалами резонатора лазера 5 и 6 при открытии затвора 4, мощным световым импульсом возбуждает оптические колебания кристаллической решетки KGW. За счет неупругого взаимодействия фотонов с длиной волны λ=1,35 мкм с оптическими колебаниями кристаллической решетки возникает стоксово излучение с длиной волны λ=1,54 мкм, которое после нескольких проходов между зеркалами резонатора лазера формируется в узконаправленное когерентное излучение - вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР-излучение), которое выходит наружу из резонатора лазера через полупрозрачное введенное зеркало 6.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан стабильный малогабаритный лазер, в котором длина волны накачки одной частоты преобразуется в когерентное стоксово излучение другой частоты за счет увеличения области перекрытия источника накачки и ВКР-активной среды.

1. Устройство для частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния, включающее оптически связанные и размещенные на одной оптической оси источник накачки с активной средой, фокусирующий элемент, ВКР-активную среду, отличающееся тем, что активная среда источника накачки и ВКР-активная среда выполнены в виде единого активного элемента, снабженного источником боковой накачки, установленного параллельно геометрической оси активного элемента, причем активный элемент просветлен по торцам одновременно на длину волны накачки и длину волны стоксова комбинационного рассеяния и помещен в резонатор лазера, образованный фокусирующим элементом и введенным зеркалом, при этом фокусирующий элемент выполнен в виде вогнутого зеркала, отражающего на длине волны накачки и длине волны стоксова рассеяния, а введенное зеркало выполнено отражающим на длине волны накачки и полупрозрачным для стоксовой длины волны излучения, причем между фокусирующим элементом и активным элементом на оптической оси установлен затвор.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник боковой накачки выполнен в виде лампы накачки с осветителем.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник боковой накачки выполнен в виде одной или нескольких лазерных диодных линеек.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что активный элемент выполнен из кристалла с внедренными в него ионами редкоземельных элементов.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что активный элемент выполнен из лазерного стекла с внедренными в него ионами редкоземельных элементов

6. Устройство для частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния, включающее оптически связанные и размещенные на одной оптической оси источник накачки с активной средой, фокусирующий элемент, ВКР-активную среду, отличающееся тем, что активная среда источника накачки и ВКР-активная среда выполнены в виде единого активного элемента, снабженного источником боковой накачки, установленного параллельно геометрической оси активного элемента, причем активный элемент просветлен по торцам одновременно на длину волны накачки и длину волны стоксова комбинационного рассеяния и помещен в резонатор лазера, образованный фокусирующим элементом и введенным зеркалом, при этом фокусирующий элемент выполнен в виде вогнутого зеркала, полупрозрачного на длине волны вынужденного комбинационного рассеяния, а введенное зеркало выполнено отражающим на обеих длинах волн; при этом затвор расположен на оптической оси между введенным зеркалом и торцом активного элемента.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что источник боковой накачки выполнен в виде лампы накачки с осветителем.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что источник боковой накачки выполнен в виде одной или нескольких лазерных диодных линеек.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что активный элемент выполнен из кристалла с внедренными в него ионами редкоземельных элементов.

10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что активный элемент выполнен из лазерного стекла с внедренными в него ионами редкоземельных элементов.