Оптический квантовый генератор

 

Союз Советских

С04ивлистических

Республик (и) 346999

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено30.11.70 (21) 1497742/26-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано25.08.77.Бюллетень ¹3l (45) Дата опубликования описания 20.09.77 (5l) М. Кл.

Н 01 5 3/094

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР но делам нзооретеннй и открытий (53) УДК 621.375Я (08ts.8) {72) Авторы изобретения

В. И. Кравченко, А. А. Смирнов и М. С. Соскин

Институт физики AH Украинской CCP (71) Заявитель (54) ОПТИЧЕСКИЙ КВАНТОВ6!Й ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к области оптической квантовой электроники и может быть использовано в медицине, биологии, голографии, спектроскопии и других областях науки и техники, где применяются оптические в квантовые генераторы (ОКГ) с управляемым и перестраиваемым в широком диапазоне частот спектром генерации.

Известны ОКГ, использующие лазерную накачку. Основное их достоинство заключа- 19 ется в том, что они излучают мощные короткие световые импульсы с хорошими простран. ственно-угловыми характеристиками, гак как в активной среде отсутствуют вредные оптические неоднородности, присущие ОКГ И с ламповой накачкой.

Эффективность преобразования излучения накачки в генерацию существенно зависит от способа лазерного возбуждения. В насто-. ящее время установлено, что наиболее выго- 2О ден продольный вариант накачки, когда пучки накачки и генерации совмещены в активной среде. Однако для реализации продольной накачки необходимо пропустить излучение накачки сквозь селекгивное зеркало резона- 25 тора. В некоторых случаях вместо зеркала используют ненапыленную проэрачцую пластинку.

Оба эти способа обладают сущесввенными недостатками. Под действием - накачки селективные зеркала быстро, разрушаются, а при использовании в качестве выходного зеркала стеклянной пластинки возникаег проблема разделения пучков накачки и генерации, гак-- как они распространяются навстречу друг другу. Это ограничивает K!Tll

ОКГ с лазерной накачкой (g < .40-50%).

Все известные ОКГ с лазерной накачкой представляют собой устройства, независимые ог квантового . генератора накачки, По существу, ОКГ накачки и накачиваемый ОКГэто отдельные лазеры. Такая конструкция приводит к неоправданно большим габаритам всей установки и, что самое важное, к дополнительным потерям энергии. На практике

B большинсгве случаев применяются гармоники излучения основной частоты ОКГ, При этом нелинейные крисгалль „как правило помещаются вне резонатора, Iro6 r ингенсивпосгь основной тасгогы была большой, выходное зеркало резонатора OKI делают очень прозрачным (часто используется стопа из 2-3 плоско-параллельных пластин).

При этом порог генерации ОКГ резко возрастает, что требует увеличенной энер- 5 гии накачки.

Бель изобретения - повышение к.п.д.

ы спектральной яркости перестраиваемых

ОКГ, расширение диапазона перестройки частоты и уменьшение габаритов всей сис- 10 темы.

Бель достигается осуществлением оптической связи резонаторов источника накачки и накачиваемого ОКГ с помощью дисперсионной призмы, которая является диспер- б сионным элементом их резонаторов и одновременно позволяет совместить пучки накачки и генерации в активной среде ОКГ.

Строго продольная накачка обеспечивает высокий коэффициент преобразования, а воз- 20 можность перестройки частоты источника лазерной накачки расширяет диапазон перестройки частоты генерации. ОКГ. Нелинейный элемент расположен внутри резонатора источника лазерной накачки, а вывод нэпу- 25 чения преобразованной частоты осуществляется чеРез дисперсионную призму. При этом нет необходимости увеличивать прозрачность зеркал резонатора, что дает возможность снизить энергетические затраты на его накачку. Кроме того, расположение нелинейного элемента внутри резонатора обеспечивает наиболне высокие коэффициенты преобразования (вплоть до 100%). Компактное расположение обоих резонаторов вокруг

35 обшей дисперсионной призмы резко уменьша т габариты всего устройства, На чертеже приведена on тическ ая схема

ОКГ.

ОКГсостоит из источника лазерной наиач.- 0 ки и накачиваемого активного элемента, помещенного в автономный резонатор. Источник накачки содержит активный элемент:

1, оптический резонатор, образованный зеркалами 2 и 3, модулятор бодрости 4 и нелинейный элемент 5, преобразующий основ. ную частоту в частоту, необходимую для накачки, Накачиьаемый элемент 6 помещен в оптический резонатор, образованный зеркалами 7 и 8, в котором установлена дисперсионная призма 9, позволяющая плавно перес граивать частоту. генерации. Призма 9 расположена на оптической оси резонатора ис;точилка накачки между активным элементом 1 и нелинейным элементом 5 так, что нахачиваемый э: емент 6 и нелинейный элемент 5 оказываются по разные стороны призмы, а оптическая ocb автономного резонатор» совмещена с направлением излучения, преобразованного нелинейныл элементом.

После введения призмы в резонатор источни-. ка накачки оптическая ось последнего претерпевает излом, что требует некоторого смешения нелинейного я пемента 5 и расположенного рядом с ним зеркала 3 с прежней оси резонатора, Активным элементом 1 и накачиваемым элементом 6 могут быть любые вещества, генерирующие в обычном резонаторе. Например, в качестве источника лазерной накачки могут использоваться активированные стекла и кристаллы. Накачиваемым элементом могут быть растворы органических красителей, активированные кристаллы и т. и.

Нелинейным элементом чаше всего служат кристаллы, в котс рых генерируются гармоники основной частоты (например, KQP, t.j Щ() и др.). Им могут быть также красители, среды, в которых генерируется ВКР и т. п. Дис персионная призма изготавливается из материала, прозрачного на длине волны накачки и генерации, и рассчитывается так, чтобы излучение падало на ее грани под углами близкими к углу Брюстера дпя рабочих длин волн. Остальные элементы резонаторов (пассивный затвор и отражатели) являются обычными и не требуют дополнительных пояснений.

OKI работает следующим образом.

При возбуждении источника лазерной накачки в резонаторе, образованном зеркалами 2 и 3, генерируется мощный гигантский импульс на частоте соответствующей угловому положению зеркала 3. B нелинейном элементе 5 это излучение преобразуется по частоте. Преобразованное излучение, проходя через дисперсионную призму, отклоняется в направлении оптической оси резонатора, образованного зеркалами 7 и 8, Оно попадает в накачиваемый элемент 6, осуществляя его продольную накачку. В резонаторе, образованном зеркалами 7 и 8, возникает генерация на частоте, соответствующей угловому положению зеркала, 8. Если полоса люминесценции накачиваемого элемента 6 широка, то при повороте зеркала 8 осуществляется плавная перестройка частоты генерации, Эффективность генерации на крыльях полосы может быть увеличина при соответствующей подстройке частоты источника лазерной накачки. Отметим, что обе эти перестройки осуществляются независимо, и положение призмы 9 при этом остается неизменным.

Такой ОКГ оказался исключительно удобным в работе и в смысле компактности, и в смысле простоты осуществления широкоциапазонной перестройки частоты.

346999

Составитель И, Старосельская

Редактор Л, Мазуронок Техред А. Демьянова Корректор С. Юдченко

Заказ 3095/53 Тираж 976 Подписное

IlHHHflH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула изобре гения

Оптический квантовый генератор, содер» жаший активный элемент, оптический резонатор, модулятор добротности,. нелинейный элемент и систему накачки, î r л и ч аю ш и и с я тем, что, с целью увеличения к.п,д. спектральной яркости излучения и диапазона перестройки частоты, между активным и нелинейнь м элементами установлена дисперсионная призма, а система накачки выполнена из активного элемента, установленного в оптический резонатор, образованный - двумя отражательными элементами, расположенными по обе стороны дисперсионной призмы.