Способ разделения встречных волн в кольцевом лазере

 

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВСТРЕЧНЫХ ЮЛН В КОЛЬЦЕВОМ ЛАЗЕРЕ с циркулярно-анизотропньм резонатором, вклю-чакиций наложение на активную среду продольного магнитного поля и осуществление режима генерации встречных волн на разных d -компонентах линии усиления, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения взаимодействия встречных волн, по крайней мере на два соседних участка активного элемента накладывают продольные магнитные поля, противоположные по знаку, с напряженностями, при которых расщепление частот между (з -компонентами превышает частотную область генерации на каящой из них.i

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 H 01 S 3/083.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2656848/18-25 (22) 21.08.78 (46) 23.10.85. Бюл. И 39 (72) В.И. Сардыко (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт физики АН БССР (53) 621.375.8 (088.8) (56) Патент США У 3462708, кл. 331-94.5, опублик. 1969 .

Патент США Р 3382759, кл. 331-94.5, опублик. 1968. (54) (57) СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВСТРЕЧНЫХ

ВОЛН В КОЛЬЦЕВОИ ЛАЗЕРЕ с циркулярно-анизотропным резонатором, включающий наложение на активную среду продольного магнитного поля и осуществление режима генерации встречных волн на разных б -компонентах линии усиления, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения взаимодействия встречных волн, по крайней мере на два соседних участка активного элемента накладывают продольные магнитные поля, противоположные по знаку, с напряженностями, при которых расщепление частот меж- . ду G -компонентами превышает частотную область генерации на каждой из них

716480

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к способам разделения встречных волн в кольцевом лазере. Оно может быть использовано для измерения угловых перемещений и других эффектов, приводящих к частотной невзаимности встречных волн в кольцевом лазере.

Известен способ разделения путем разнесения частот встречных волн. 10

Недостатком данного способа разделения встречных нолн является то, что он не устраняет, а только частично уменьшает взаимодействие встречных волн через активную среду. 15

Известен способ разделения встречных ноля в кольцевом лазере с циркулярно анизотронным резонатором, включающим наложение на активную среду продольного магнитного поля и 20 осуществление режима генерации встречных волн на разных d -компонентах линии усиления.

Этот способ уменьшает взаимодействие встречных волн за счет 25 их разделения как по поляризации, так и по частоте.

Недостатком данного способа является то, что он также не позволяет полностью устранить взаимодействие встречных волн через активную среду, а только уменьшает его. Действительно, в известном способе генерация во встречных направлениях осуществляется на одной и той же продольной моде. Поэтому величина зееманонского расщепления между

6-компонентами линии усиления меньше частотной области генерации на каждой из них и взаимодействие . щ встречных волн происходит из-за большой связи между б -компонентами.

Эту связь можно уменьшить за счет увеличения зеемановского расщепления ° Но, поскольку встречные волны усиливаются разными б -компонентами, создание зеемановского расщепления до нелччин, превышающих частотную область генерации, приводит либо к подавлению генерации излучения в одном из направлений, либо к возникновению режима генерации разных для встречных направлений продольных мод. Первое исключает возможность использования кольцевого 55 лазера для прецизионных измерений, а второе значительно затрудняет проведение таких измерений.

Целью изобретения является уменьшение взаимодействия встречных волн.

Цель достигается тем, что в кольцевом лазере по крайней мере на два соседних участка активного элемента накладывают продольные магнитные поля, противоположные по знаку, с напряженностями, при которых расщепление частот между 6 --компонентами превышает частотную область генерации на каждой из них.

На фиг.1 схематически показано устройство для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит зеркала 1-4 кольцевого резонатора и элемент 5, обладающий естественным круговым дихронизмом. В качестве него можно, в частности, испольэовать устройство, состоящее из двух скрещенных четвертьволновых пластинок, между которыми расположен линейный амплитудный поляризатор, главное направо ление которого составляет углы 4 45 с направлениями осей четвертьволновых пластинок. Активные элементы 6 и 7 изотропны по поляризации. В качестве них можно использовать газоразрядные трубки, герметизированные просветленными окнами. Активные элементы помещены в продольные маг" нитные поля, которые обозначены стрелками и буквами Н. При использовании моноблочной конструкции лазера с внутренними зеркалами активные элементы как отдельные узлы могут отсутствовать ° Магнитные поля в этом случае накладываются на равные участки канала, просверленного и моноблоке и заполненного активной средой.

Работа лазера, иллюстрирующая реализацию способа, показана на фиг. 2 и 3, где 9 — оптическая частота, 1 — частоты трех соседних продольнйх мод излучения, распространяющегося по (4) и против (-) часовой стрелки; Л р — межмодоное рассто1 ll яние, hä иб h,„- левая и правая б-компоненты контуров усиления активных элементов 6 (фиг.2) и 7 !

1И (фиг,З) соответственно, д1 — расщепления частот между -компонентами на двух активных элементах, вызванные эффектом Зеемана, П-уровень потерь. Элемент, обладающий естественным круговым дихроизмом, создает н резонаторе лазера два уровня потерь

716480 4 равной величины для излучения, поляризованного по правому и левому кругу. Уровни потерь для правой и левой круговых поляризаций волны в одном из направлений распространения совпадают с уровнями потерь для левой и правой круговых поляризаций (в системе координат, связанной с первой волной) соответственно во встречном направлении распространения. Элемент 5 выбран таким, чтобы уровень потерь был меньше коэффициента усиления на каждом активном элементе только для волны с одной круговой поляризацией (левой для волны, направленной по часовой стрелке). Этот уровень потерь показан на фиг.2.

Таким образом, при включении только одного активного элемента б в направлении по часовой стрелке генерация осуществляется на волке, поляризованной по левому кругу, а во встречном направлении — на волке, поляризованной го правому кругу.

При:помещении." этого активного эле" мента в продольное магнитное поле контур линии усиления расщепляется в силу эффекта Зеемана на двеб -компоненты с разными круговыми поляризациями. При увеличении магнитного поля до величин, когда расщепление между -компонентами превышает частотную область генерации на каждой из них, и возбужцение продольной моды с частотой Э, поляризованной по левому кругу, наблюдается либо однонаправленное излучение, когда частоты соседних продольных мод не попадают в частотную область гене.я 1 рации на компоненте о либо гене"Ь рация осуществляется на разных для встречных направлений продольных модах с разными круговыми поляризациями в зависимости от величины поля {см. фиг.2).

Если включается второй активный элемент 7 и помещается в магнитное поле, противоположное по знаку магнитному полю на первом активном 1( элементе, смещение о „„ "компонент контура линии усиления этого активного элемента противоположно направ) l лению смещения о д -компонент.

Поэтому при использовании только этого активного элемента и величине магнитного поля, когда зеема II новское расщепление между м д д -ком5

55 понентами превышает частотную область генерации на каждой из них, можно в зависимости от величины поля наблюдать режимы генерации, аналогичные тем, которые наблюдаются при использовании активного элемента 6 (см.фиг.3). Отличие здесь в том, что при использовании магнитного поля на активном элементе 7, соизмеримо по абсолютной величине с полем на элементе 6, когда частотные области генерации на u .„ -компонентах перекрываются

ll с областями генерации на Д „ „ -компонентах соответственно, продольные моды с одними и теми же аксиальными индексами будут усиливаться разными при использовании разных активных элементов -компонентами.

Следовательно, при использовании двух активных элементов одновременно наблюдается режим генерации, когда встречные типа колебаний с одинаковыми аксиальными индексами возбуждаются разными активными элементами. В частности, если резонатор настроен так, что в частотные

l tl области генерации на G. „-компонентах попадает только одна продольная мода (на фиг. 2 и 3 сплошные вертикальные линии), в каждом направлении распространения наблюдается одномодовый режим генерации. Измерение частотной независимости можно осуществлять по определению раз1 ности частот - и Ф, В этом режиме генерации встречные волны имеют ортогональные круговые поляризации и усиливаются разными активными элементами. Если усиливающие среды в этих активных элементах создают разные для встречных направлениИ набеги фаз, имеет место и частотное разделение встречных волн. Это достигается за счет разбалансировки абсолютных величин магнитных полей на активных элементах, использования активных элементов с разными коэффициентами усиления или разными формами контура усиления.

В том случае если между двумя активными элементами расположена полуволновая пластинка (либо активные элементы помещены в разные промежутки резонатора, а между этими элементами находится нечетное .количество зеркал), необходимо ис716480

Яд

Редактор О. Юркова Техред З.Палий . Корректор И. Эрдейи

Заказ 7022/2 Тираж 637 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 пользовать магнитные поля, направленные в одну и ту же на обоих элементах сторону, так как при прохождении излучения через полуволновую пластинку (отражении от нечетного количества зеркал) левая круговая поляризация волны преобразовывается в правую, а правая — в левую.

Такое разделение встречных волн можно осуществить и при использовании большого количества активных элементов, накладывая на них продольные магнитные поля соответствующих направлений и величин.

Таким образом, предложенный способ позволяет осуществить разделение встречных волн по поляризациям и частотам, Кроме того, осуществляется режим генерации, когда встречные волны усиливаются разными активными элементами. Это позволяет полностью исключить взаимодействие встречных волн через активную среду, что является существенным преиму1О ществом предлагаемого способа по сравнению с известными. При использовании кольцевого лазера, встречные волны которых разделены предложенным способом, для измерения эффек>5 тов, приводящих к частотной невзаимности встречных волн, можно увеличить точность измерения в полтора-два раза.