Кольцевой лазер

 

КОЛЬЦЕВОЙ ЛАЗЕР, содержащий пассивный вентиль и размещенные в резонаторе активный элемент и электрооптический затвор, состоящий из поляризатора. Модуляционного элемента и анализатора, отличающийся тем, что, с целью сужения спектра моноимпульсного излучения, поляризатор и анализатор электрооптического затвора расположены так, что плоскость поляризации поляризатора составляет с плоскостью поляризации анализатора угол О d 1Л для затвора, работающего на выключение, и я/4 п12 для затвора, работающего на включение, где а и о - предельные значения угла, определяемые пороговой мощностью разрушения вещества модуляционного элемента.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК (19) (11) (з1)з Н 01 8 3/083 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2.1) 2575328/25 (22) 03,02.78 (46) 15.11.91.Бюл. ЬЬ 42 (71) Институт электроники АН Белорусской

CCP (72) А.А. Ковалев и Б,Н. Тюшкевич (53) 621.375,8(088.8) (56) Корниенко Л.С„Кравцов Н,В„Прохоров

А,М. и Наумкин Н.И., ЖЭТФ, 1970, т. 58, стр.

541.

Милинкевич А.В., Савва B.A., Самсон

А.М. и Эфендиев Т.Ш. Высокочастотная автомодуляция гигантского импульса при активном включении добротности, ЖПС, 1974, т. 21, с, 604, Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано для создания мощных импульсных источников когерентного узкополосного oflтического излучения.

Известен твердогельный лазер бегущей волны; в котором для создания режима однонаправленной генерации применялся невзаимный элемент. Активным элементом лазера является рубиновый кристалл с торцами, срезанными под углом Брюстера. В качестве невзаимного элемента в лазере используют фарадеевский изолятор с кварцевой пластинкой. Активный элемент и невзаимный элемент расположены в трехзеркальном кольцевом резонаторе, Для реализации одномодового режима внутрь (54)(57) КОЛЬЦЕВОЙ ЛАЗЕР, содержащий пассивный вентиль и размещенные в резонаторе активный элемент и электрооптический затвор, состоящий из поляризатора, модуляционного элемента и анализатора, отличающийся тем, что, с целью сужения спектра моноимпульсного излучения, поля- ризатор и анализатор электрооптического затвора расположены так, что плоскость поляризации поляризатора составляет с плоскостью поляризации анализатора угол

0

I затвора, работающего на включение, где

d и а — предельные значения угла, определ. ляемые пороговой мощностью оазрушения вещества модуляционного элемента.

/ кольцевого резонатора введен селектор — р эталон Фабри-Перо.

Известен лазер, содержащий пассивный вентиль и размещенные в резонаторе активный элемент и электрооптический затвор, состоящий из поляризатора, модуляционного элемента и анализатора, Известный лазер обладает значительной продолжительностью процессе уста- д новления бегущей волны в кольцевом резонаторе, сравнительно малая длительность периода формирования генерации при модуляции добротности резонатора злектрооптическим затвором затрудняет получение одиночных гигантских импульсов бегущей волны и не обеспечивает достаточно эффективное сужение спектра излучения.

764577

10

30

Цель изобретения — сужение спектра моноимпульсного излучения, Поставленная цель достигается тем, что поляризатор и анализатор электрооптического затвора расположены 8 p830»»GTQp8 так, что плоскость поляризации поляризатора составляет с плоскостью поляризации анализатора угол 0 < a < а <к /4 для

» затвора, работа»ощего на выкп»очение, и

zt/4 <а<а» <л/2 для затвора, работающего на включение, где а» и гг — предель.»» ные значения угла, определяемые пороговой мощность»о разрушения вещества модуляционного элемента.

На фиг, 1, представляющей вариант устройства, приняты следующие обозначен»ля: электрооптический затвор 1, активный элемент — 2, отрзжатели — 3, 4, 5, 6, электронное устройство — 7 поворотная призма—

8.

Данный кольцевой лазер содержит полуволновый электрооптический затвор 1, работа»ощий на включение, и состоит из поляризатора, модуляционного элемента и анализатора.

Поляризатор и анализатор электрооптического затвора 1, расположены в резонаторе так, что плоскость поляризации поляризатора составляет

Х»» Л угсл — < и < ci < — с плоскостью поляри4 2 зации анализатора, Активный элемент 2 помещен в одном из плеч кольцевого резонатора на его оптической оси. Кольцевой резонатор образован отражателями 35, Отражатели 4 и 6 образуют пассивный вентиль. Электронное устройство запуска 7 оптически связано через анализатор электрооптического затвора 1 с резонатором лазера L» электрически с модуляционным элементом электрооптического затвора.

На фиг. 2 представлен другой пример выполнения лазера с электрооптическим затвором 1, который выполнен в виде концевого отражателя с призмой полного внутреннего отражения. В данной конструкции призма полного внутреннего отражения является одновременно и анализатором электрооптического затвора 1. Активный элемент 2 помещен в одном иэ плеч кольцевого резонатора на его ойтической оси, В качестве активного элемента 2 использован рубиновый стержень с ориентацией оптической оси, близкой к 60О, который сам является поляризатором. В этом случае поляризатор электрооптического затвора 1 не обязателен, Плоскость поляризации активного элемента 2 определяется плоскостью, проходящей через оптическую и гео-, мет рическую оси рубинового стержня, Кольцевой резонатор образован отражателями 3 и 4 и призмой полного внутреннего отражения злектрооптического затвора 1. Активный элемент 2 расположен в резонаторе так, что плоскость поляризации в нем (плоскость, проходящая через оптическую и геометрическую оси активного элемента 2) составляет угол — <а <а < — с плоскоЛ !» Я

4 2 стью поляризации анализатора электрооптического затвора 1. В данном случае угол а можно определить как угол между плоскостью, проходящей через оптическую и reoметрическую оси активного элемента 2, и ребром призмы полного внутреннего отражения электрооптического затвора 1. Отражатели 4 и 6 образу»от пассивный вентиль

Электронное устройство 7 оптически связано через поворотную приаму 8 и электрооптический затвор с резонатором ОКГ и электрически с электрооптическим затвором 1, Принцип действия устройства, представленного на фиг. 1, состоит в следующем.

При описанном выше расположении поляризатора и анализатора электрооптического затвора 1 часть излучения проходит через анализатор. как обыкновенная волна, не меняя направления распространения, а другая часть преломляется в анализаторе, как необыкновенная волна и выводится»лз резонатора, При соответствующей накачке активного элемента 2 и выключенном электрооптическом затворе 1 в резонаторе развивается пичок свободной генерации. Часть излучения свободной генерации, выходящая из анализатора электрооптического затвора 1, используется для запуска электронного устройства 7, вырабатыва»ощего управляющий импульс для электрооптического затвора 1, Включение электрооптического затвора 1 стимулирует развитие в кольцевом резонаторе лазера моноимпульсной генерации большой мощ ности.

Принцип действия устройства, представленного на фиг, 2, состоит в следующем.

Приописанном выше расположении активного элемента 2 и электрооптического затвора 1 составляющая поляризованного излучения с направлением электрического вектора в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа, отражается на концевых гранях выключенного электрооптического затвора 1, как обыкновенная волна и выходит из затвора 1 в направлении, параллельном направлени@ входного излучения.

Составляющая с направлением злектриче764577 ского вектора в плоскости чертежа отража.ется на концевых гранях, как необыкновенная волна под углом, не равным углу падения, и выводится из резонатора. При соответствующей накачке, активного элемента 2 и выключенном электрооптическом затворе 1 в резонаторе с постоянными потерями развивается пичок свободной генерации, Часть излучения свободной генерации, выходящая из электрооптического затвора 1, после отражения от поворотной призмы 8 используется для запуска электронного устройства 7, вырабатывающего управляющий импульс для электрооптического затвора 1. Включение электрооптического затвора 1 стимулирует развитие в кольцевом резонаторе СКГ моноимпульсной генерации большой мощности. Величина энергии генерируемого при этом излучения зависит от перепада пороговых значений энергий накачки при включенном и выключенном электрооптическом затворе и определяется величиной угла а, поскольку от величины угла а зависит соотношение между коэффициентами отражения (либо пропускания) электрооптического затвора при выключенном и включенном состоянии. Величина энергии, запасенной в активном элементе, в этом случае равна:

Еген= п(щ а )

2к где m — число активных центров, h — постоянная Планка, v — частота излучения, S — площадь сечения активного элемент та, к — предельный коэффициент усиления.

Выше описано устройство с полуволновым электрооптическим затвором на проход и с электрооптическим затвором, выполненным в виде концевого отоажателя с призмой полного внутреннего отражения, и с пассивным вентилем для создания однонаправленной генерации, Однако предлагаемое устройство может быть осуществлено и с другими конструкциями электрооптического затвора, а вместо пассивного вентиля для создания однонаправленной генерации можно использовать также и любой невзаимный элемент.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет формировать гигантский импульс в кольцевом резонаторе из "затравочного" пичка свободной генерации. За

5 счет этого время формирования гигантского импульса с уЧеТом времени развития пичка свободной генерации увеличивается более, чем на порядок, Поскольку коэффициент подавления обратной волны имеет степенную

10 зависимость от числа проходов светового потока по резонатору, то предлагаемое устройство позволяет осуществить режим однонаправленной генерации без допол-. нительного активного элемента, Это суще15 ственно упрощает получение одиночных гигантских импульсов бегущей волны активной модуляции добротности и позволяет устранить одну из основных причин многомодовой генерации — пространствен20 ную неоднородность инверсной заселенности. Формирование гигантского импульса из "затравочного" излучения свободной генерации позволяет, кроме того, существенно сузить ширину спектра моноимпульсного ,25 излучения вплоть до величины, сравнимой с шириной спектра пичка свободной генерации. Тем самым, значительноуменьшается минимальное значение ширины спектра излучения, нижняя граница которой устаЗО навливается согласно соотношению неопределенностей. Это позволяет получить моноимпульсное излучение с шириной спектра, значительно более узкой, чем в известном устройстве, 35 Кроме того, предлагаемое устройство (фиг. 2), благодаря дисперсионным свойствам управляемого электрооптического затвора, дает возможность создать дисперсионный кольцевой резонатор без дополни40 тельных дисперсионны:! элементов в резонаторе лазера, Предлагаемое устройство не исключает также использование дополнительного актвного элемента для увеличения мощности генерируемого излу45 чения и скорости установления режима бегущей волны.

Кольцевой лазер может быть использован в светолокации, в системах распознавания образов, в дальнометрии, в устройствах

50 оптической обработки информации и др.

764577 .

Составитель П.Тимонин

Техред М.Моргентал

Редактор М.Ленина

Корректор Н.Ревская

Производственно-издательский комбинат Патент". r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4638 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государствен oro комитета по изобретениям и открмтиям при ГКНТ СССР

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