Способ синхронизации линейки лазерных диодов и фазовое решетчатое зеркало для его реализации



Способ синхронизации линейки лазерных диодов и фазовое решетчатое зеркало для его реализации
Способ синхронизации линейки лазерных диодов и фазовое решетчатое зеркало для его реализации
Способ синхронизации линейки лазерных диодов и фазовое решетчатое зеркало для его реализации
Способ синхронизации линейки лазерных диодов и фазовое решетчатое зеркало для его реализации

 


Владельцы патента RU 2433516:

Общество с ограниченной ответственностью "Новые Энергетические Технологии" (RU)

Способ заключается в том, что перед линейкой лазерных диодов, имеющей глухое заднее зеркало и просветляющее покрытие на выходной апертуре, располагают коллимирующую линзу, Фурье-объектив и выходное зеркало. Фурье-объектив осуществляет прямое преобразование Фурье-апертуры линейки лазерных диодов. Выходное зеркало, размещенное в Фурье-плоскости упомянутого Фурье-объектива представляет собой фазовое решетчатое зеркало, содержащее прозрачную подложку с гофрированной поверхностью прямоугольного сечения и диэлектрическое зеркало. Период прямоугольного гофра , где D - расстояние между центрами соседних лазерных диодов линейки лазерных диодов, f2 - фокусное расстояние упомянутого Фурье-объектива. Глубина канавок упомянутой гофрированной поверхности, на которую нанесено диэлектрическое зеркало, равна четверти рабочей длины волны λ в вакууме. Технический результат заключается в уменьшении дополнительных потерь в резонаторе при обеспечении коллективной синфазной генерации всех лазерных диодов линейки. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области лазерной техники, и, в частности, к способу синхронизации линейки лазерных диодов и к фазовому решетчатому зеркалу для реализации способа.

Основной принцип синхронизации заключается в том, чтобы с помощью обратной связи обеспечить поперечную пространственную когерентность излучения всех излучателей линейки лазерных диодов. Для достижения данной цели делались попытки использовать резонатор Тальбо (см., например, US 4813762, 21.03.1989 [Д1] или US 5027359, 25.06.1991 [Д2]) и устройства пространственной фильтрации (см., например, J.Yaeli, W.Streifer, D.R.Scifres et al, Appl. Phys. Lett. 47 (2), 89-91, 1985 [Д3] или Kristin К.Anderson and Robert H.Rediker, Appl. Phys. Lett. 50 (1), 1-3, 1987 [Д4]). Резонатор Тальбо имеет слабую дискриминацию по порогу генерации мод высокого порядка по отношению к основной моде. Метод пространственной фильтрации с помощью амплитудных масок вносит значительные дополнительные потери в резонаторе, существенно повышающие порог генерации основной моды.

Для того чтобы устранить указанные недостатки и при этом обеспечить пространственную когерентность всех диодов (3) линейки (2), имеющей глухое заднее зеркало (1) и просветляющее покрытие на выходной апертуре (4), предлагается в схеме пространственной фильтрации (Фиг.1) с использованием коллимирующей цилиндрической линзы (5), имеющей фокусное расстояние f1, использовать один объектив (6), имеющий фокусное расстояние f2 и осуществляющий прямое преобразование Фурье-апертуры (4) линейки лазерных диодов, в Фурье-плоскости которого помещено выходное зеркало (7), одновременно работающее как отражающая фазовая дифракционная решетка (см. Фиг.2). Отраженное излучение испытывает обратное преобразование Фурье, образ которого локализован на выходном торце линейки лазерных диодов (4) и зеркален относительно оптической оси системы. Отражающая дифракционная решетка (Фиг.2) представляет собой прозрачную подложку (8) с гофрированной поверхностью с периодом прямоугольного гофра (D - расстояние между центрами соседних лазерных диодов линейки, f2 - фокусное расстояние Фурье-объектива) и глубиной канавок, равной четверти рабочей длины волны λ в вакууме, на которую нанесено диэлектрическое зеркало (9) с необходимым коэффициентом отражения. Приведенная выше формула для периода гофра справедлива при условиях λ/D<<1 и D/f2<<1.

При указанных параметрах гофра дифракционная решетка обеспечивает подавление отражения нулевого порядка дифракции падающей плоской волны и равенство амплитуд ±1 порядков дифракции.

Равенство фаз ±1 порядков дифракции обеспечивается при условии симметричного расположения решетки относительно оптической оси всей системы. Эти порядки содержат 81% мощности всего отраженного излучения.

Для того чтобы пояснить принцип синхронизации линейки лазерных диодов, для начала, предположим, что в Фурье-плоскости расположено обычное зеркало, при этом обратное преобразование Фурье дает зеркальное изображение линейки лазерных диодов на ее выходном зеркале (4) и каждая пара лазерных диодов, расположенных симметрично относительно оптической оси, образует отдельный оптический резонатор. При этом эти резонаторы не связаны друг с другом. Фурье-объектив (общий для данных резонаторов) играет роль фильтра высоких пространственных гармоник, обеспечивая генерацию фундаментальных поперечных мод для пар лазерных диодов указанных резонаторов. Также возможно выполнение упомянутого Фурье-объектива либо на базе сферической, либо на базе цилиндрической оптики.

При замене обычного выходного зеркала (Фиг.1,а) на фазовое решеточное зеркало (Фиг.1,б) излучение каждого лазерного диода, отраженное от указанного выше дифракционного зеркала, расщепляется на два пучка (±1 отраженные дифракционные порядки, для одного лазерного диода схематично показаны на Фиг.1,б) и попадает не на своего зеркального партнера, а на два прилегающих к нему лазерных диода. В итоге на каждый лазерный диод линейки в качестве излучения обратной связи приходит излучение от двух других диодов линейки (исключение составляют крайние в линейке лазерные диоды). В случае симметрии оптической схемы при общем нечетном числе лазерных диодов (при четном числе образуются две независимых группы излучателей) все диоды последовательно объединяются в единый сложный оптический резонатор.

В случае использования набора линеек лазерных диодов (матрица диодов) соответственно используют двумерное фазовое решетчатое зеркало и сферическую оптику Фурье-объектива. Второй ортогональный период удовлетворяет вышеприведенной формуле, в которой под параметром D понимается расстояние между соответствующими диодами в соседних линейках.

Фиг.3 схематично иллюстрирует взаимосвязь лазерных диодов линейки (двунаправленный обмен энергией излучения) для нечетного (Фиг.3,а) и для четного (Фиг.3,б) их числа.

Пучки света, приходящие на отдельный лазерный диод от двух других диодов, должны быть когерентны и их фазы должны совпадать, чтобы обеспечить конструктивную интерференцию и максимальное усиление лазерным диодом пришедшего излучения обратной связи и, как следствие, минимальный порог генерации всей лазерной линейки. Условие равенства фаз ±1 порядков дифракции должно обеспечивать синфазность всех излучателей линейки.

Таким образом, фазовое решеточное зеркало вносит относительно малые (менее 20%) дополнительные потери в резонатор по отношению к резонатору с обычным зеркалом, при этом обеспечивая коллективную синфазную генерацию всех лазерных диодов линейки.

В прошедшем через фазовое решеточное зеркало излучении плоской волны доля нулевого порядка составляет более 85%. Таким образом, влияние этого зеркала на выходное излучение минимально. Последнее обстоятельство также подтверждается следующим рассуждением. При синфазной генерации всех лазерных диодов распределение мощности на фазовом решеточном зеркале имеет типичный вид дифракции от амплитудной решетки, при этом все главные максимумы целиком располагаются либо на гребнях, либо на канавках решетки. При этом в прошедшем излучении соотношение фаз главных максимумов остается неизменным, что подтверждает минимальное влияние фазового решеточного зеркала на пространственное распределение выходного излучения, определяемое только геометрическими параметрами линейки лазерных диодов.

1. Способ синхронизации линейки лазерных диодов, заключающийся в том, что перед упомянутой линейкой лазерных диодов, имеющей глухое заднее зеркало и просветляющее покрытие на выходной апертуре, располагают коллимирующую линзу, Фурье-объектив, осуществляющий прямое преобразование Фурье-апертуры линейки лазерных диодов, и выходное зеркало, размещенное в Фурье-плоскости упомянутого Фурье-объектива и представляющее собой фазовое решетчатое зеркало, содержащее прозрачную подложку с гофрированной поверхностью прямоугольного сечения и диэлектрическое зеркало, где период прямоугольного гофра , где D - расстояние между центрами соседних лазерных диодов линейки лазерных диодов, f2 - фокусное расстояние упомянутого Фурье-объектива, при этом глубина канавок упомянутой гофрированной поверхности равна четверти рабочей длины волны λ в вакууме, на которую нанесено диэлектрическое зеркало.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве коллимирующей линзы используют коллимирующую цилиндрическую линзу, а упомянутый Фурье-объектив выполняют либо на базе сферической, либо на базе цилиндрической оптики.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутое фазовое решетчатое зеркало выполнено двумерными и применяется сферическая оптика Фурье-объектива.

4. Фазовое решеточное зеркало для синхронизации линейки лазерных диодов, содержащее прозрачную подложку с гофрированной поверхностью прямоугольного сечения и диэлектрическое зеркало, где период прямоугольного гофра , где D - расстояние между центрами соседних лазерных диодов линейки лазерных диодов, f2 - фокусное расстояние Фурье-объектива, расположенного между упомянутой линейкой лазерных диодов и упомянутым зеркалом, при этом глубина канавок упомянутой гофрированной поверхности равна четверти рабочей длины волны λ в вакууме, на которую нанесено диэлектрическое зеркало.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области лазерной техники и, в частности, к способу синхронизации линейки лазерных светодиодов и к резонансному решетчатому волноводному зеркалу для реализации способа.

Изобретение относится к области лазерной техники и, в частности, к способу синхронизации линейки лазерных светодиодов и к резонансному решетчатому волноводному зеркалу для реализации способа.

Изобретение относится к квантовой электронике и электронной технике и может быть использовано в приборах с мощным световым лучом, в частности в телепроекторах, лазерных локаторах.

Изобретение относится к лазерной технике и медицинской электронике, а именно к приборам на основе лазерных диодов. .

Изобретение относится к эффективным высокомощным полупроводниковым инжекционным лазерам и лазерным диодным линейкам. .

Изобретение относится к области лазерной физики и может быть использовано в системах оптической обработки информации и метрологии. .

Изобретение относится к способам част отной модуляции излучения и может быть использовано в системах оптической связи. .

Изобретение относится к радиотехнике и оптоэлектронике, а именно к волоконно-оптическим системам передачи аналоговых сигналов

Изобретение относится к оптоэлектронной технике, точнее - к компактным источникам лазерного излучения в инфракрасном диапазоне длин волн, а именно к полупроводниковым одночастотным источникам инфракрасного (ИК) излучения на основе лазера с дисковым резонатором, работающего на модах шепчущей галереи (Whispering Gallery Modes - WGM)

Изобретение относится к области лазерной техники

Устройство лазерной оптической накачки квантового дискриминатора относится к области квантовой электроники и может быть использовано в квантовых стандартах частоты. Достигаемый технический результат - улучшение шумовых свойств за счет применения малошумящей схемы стабилизации частоты света оптической накачки. Устройство содержит оптически связанные лазерный излучатель, оптический модуль коррекции частоты с Y-образным оптическим разветвителем на выходе и квантовый дискриминатор, выход которого через фотодетектор связан с сигнальным входом блока обратной связи, выход которого связан с управляющим входом оптического модуля коррекции частоты, а блок обратной связи содержит синхронный детектор, интегратор, синтезатор сетки частот, управляемый буферный усилитель, генератор сигнала модуляции, задатчик уровня и дифференциальный усилитель. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к квантовой электронной технике. В интегральный инжекционный лазер введены верхняя управляющая область второго типа проводимости, примыкающая к верхнему волноводному слою, нижняя управляющая область второго типа проводимости, примыкающая к нижнему волноводному слою, нижняя управляющая область первого типа проводимости, примыкающая сверху к подложке, а снизу - к нижней управляющей области второго типа проводимости и образующая с ней p-n-переход, омический контакт к нижней управляющей области первого типа проводимости, управляющий металлический контакт, примыкающий сверху к верхней управляющей области второго типа проводимости и образующий с ней переход Шоттки. Нижняя граница зоны проводимости нижнего волноводного слоя находится ниже нижней границы зоны проводимости квантоворазмерной активной области и при этом выше нижней границы зоны проводимости верхнего волноводного слоя. Верхняя граница валентной зоны нижнего волноводного слоя находится ниже верхней границы валентной зоны активной области и при этом выше верхней границы валентной зоны верхнего волноводного слоя. Технический результат заключается в обеспечении возможности увеличения быстродействия устройства. 3 ил.

Изобретение относится к области оптоэлектроники. Драйвер полупроводникового лазера 1 выполнен с возможностью подключения к его выходу оптического волокна 2, и содержит регулируемый источник 3 тока, блок 4 управления, датчик 5 тока и датчик 6 мощности излучения лазера 1. При этом выход датчика 6 мощности 1 подключен к первому входу блока 4 управления, к оптическому входу датчика 6 мощности 1 подключен первый оптический выход лазера 1, ко второму оптическому выходу лазера 1 подключено оптическое волокно 2, выход регулируемого источника 3 тока подключен к электрическому входу лазера 1 и ко входу датчика 5 тока, выход которого соединен со вторым входом блока 4 управления, выход которого соединен со входом регулируемого источника 3 тока. Дополнительно содержится инфракрасный фотодиод 7, спектр чувствительности которого не перекрывает длину волны излучения лазера 1, усилитель-преобразователь 8 тока инфракрасного фотодиода 7 и блок 9 обработки сигнала и передачи данных. При этом оптическое волокно 2 выполнено с ответвлением 10, выход которого подключен ко входу инфракрасного фотодиода 7, выход которого соединен со входом усилителя-преобразователя 8 тока инфракрасного фотодиода 7, выход которого соединен со входом блока 9 обработки сигнала и передачи данных и третьим входом блока 4 управления. Технический результат заключается в обеспечении возможности контроля и поддержания заданного уровня температуры торца рабочего оптического волокна. 1 ил.

Изобретение относится к квантовой электронике. Инжекционный лазер с модулированным излучением на основе гетероструктуры содержит секцию (1), секцию (2) управления, элемент (3), обеспечивающий электрическую изоляцию первого омического контакта (4) секции (1) усиления от второго омического контакта (5) секции 2 управления, элемент (6), обеспечивающий оптическую связь секции (1) усиления и секции (2) управления, оптический резонатор для ФПМ и оптический резонатор для ЗМ. Секция (1) усиления включает активную область (11), состоящую из по меньшей мере одного квантоворазмерного активного слоя, расположенную в волноводном слое (12), заключенном между широкозонным эмиттером (13) n-типа проводимости и широкозонным эмиттером (14) p-типа проводимости, первый омический контакт (4) к широкозонному эмиттеру (14) p-типа проводимости, подложку (15), третий омический контакт (16) к подложке (15). Секция (2) управления включает активную область (17), состоящую по меньшей мере из одного квантоворазмерного активного слоя, расположенную в волноводном слое (18), заключенном между широкозонным эмиттером (19) n-типа проводимости и широкозонным эмиттером (20) p-типа проводимости, второй омический контакт (5) к широкозонному эмиттеру (20) p-типа проводимости, подложку (15), третий омический контакт (16) к подложке (15). Технический результат заключается в обеспечении возможности снижения мощности сигналов управления. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к лазерным модулям, полупроводниковым источникам света. Лазерный модуль включает составной корпус, в котором соосно расположены оптическая система и лазерный диод, плату со схемой управления лазерным диодом, выполняющей функции стабилизации мощности излучения, соединенную с выводами лазерного диода. Указанная плата дополнительно содержит схему регулировки выходной оптической мощности лазерного диода и схему импульсного режима, а также разъем с выводами для подачи импульсного сигнала, для контроля импульсного сигнала, для подачи питания, для подачи управляющего напряжения. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей лазерного модуля за счет обеспечения его работы с различными внешними устройствами в режиме генерации непрерывной мощности и в режиме генерации импульсной мощности с возможностью регулировки как уровня непрерывной мощности, так и амплитуды импульсной мощности, а также функционального размещения в аппаратуре применения. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх