Способ генерации последовательности сверхкоротких импульсов излучения

 

СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ ИЗЛУЧЕНИЯ путем инжекции импульса излучения задающего квантового генератора в кольцевой оптический .резонатор, содержащий квантовый усилитель и пассивный затвор, о т л и - ч ающи-йся тем, что, с целью повышения стабильности амплитуды излучения, время пробега импульса излучения по кольцевому оптическому резонатору tp , длительность им- 'пульса излучения ^ц и время восстановления коэффициента усиления активной среды квантового усилителя выбираю* из соотношения^1.2(Л00ND 4^СХ) СПю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .

РЕСПУБЛИК (5п Н 01 5 3 10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. л лл .:,. л л j

C л

:.... °: -!.л" .

1р

) э и (21) 2877051/18-25 (22) 30. 01. 80 (46) 30. 06. 83. Бюл. 9 24 (72) К.И. Финкельштейн и A.И.Фомичев (53) 621. 375 ° 8 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство

СССР 9 661166777711,, кклл. Н 01 R 3/04 .,1978.

2. Басов Н.Г. и др. Регенеративный оптический квантовый усилитель.

ДАН СССР, Серия Физика, 1964, т. 157, 9 5, с. 1084-1087 (прототип), (54)(57) СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ ПОСЛЕДОBATEJlbHOCTN СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ

ИЗЛУЧЕНИЯ путем инжекции импульса излучения задающего квантового гене„.SUE, 4 А ратора в кольцевой оптический резонатор, содержащий квантовый усилитель и пассивный затвор, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения стабильности амплитуды излучения, время пробега импульса излучения по кольцевому оптическому резонатору tp,длительность импульса излучения ц и время восстановления коэффициента усиления акI тивной среды квантового усилителя выбирают иа соотношения

824852

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для лазерного термоядерного синтеза, лазерного разделения изотопов, лазерной локации, лазерной обработки материалов.

Известно несколько способов получения последовательности сверхкоротких импульсов излучения, например способ пассивной или вынужденной синхронизации мод в кольцевом или линейном резонаторе (1J .

Недостатком известных способов является сложность получения требуемой длительности импульсов излучения.

Известен также способ и устройство для его осуществления f2) где импульс излучения, сформированный задающим квантовым генератором, инжектируется в кольцевой оптический 2О резонатор, содержащий квантовый усилитель и пассивный затвор. При этом на выходе устройства образуется короткая последовательность сверхкоротких импульсов излучения с периодом25 следования, равным времени пробега импульса излучения по кольцевому резонатору.

Общим недостатком перечисленных способов является невозможность полу- )Q чения последовательности сверхкорот-, ких импульсов излучения стабильной амплитуды. Это связано с тем, что в существующих устройствах база оптического резонатора не превышает нескольких метров, при этом коэффи3 циент усиления активной среды кван-, .тового усилителя не успевает восстановить своего значения за время пробега импульса излучения по кольцевоыу оптическому резонатору.

Цель изобретения — повышение ста. бильности амплитуды излучения.

Г

Поставленная цель достигается тем, что в способе генерации после- 45 довательности сверхкоротких импульсов излучения путем инжекции излучения задающего квантового генератора в кольцевой оптический резонатор, содержащий квантовый усилитель и 5О пассивный затвор, время пробега импульса излучения по кольцевому оптическому резонатору 1р, длитель. ность импульса излучения 1 » и время восстановления коэффициента усиления активной среды квантового усилителя 1В выбирают из соотношения (, р в+ и

Такой способ может быть осуществлен устройством, состоящим иэ задающего квантового генератора и кольцевого оптического резонатора, содержаще-. 65 го квантовый усилитель и пассивный затвор, причем, с целью. обеспечения требуемого времени пробега импульса излучения по кольцевому оптическому резонатору последний содержит оптическую линию задержки .

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. устройство содержит задающий квантовый генератор 1 и кольцевой оптический резонатор, образованный отражающими 2 и 3 и полупрозрачным 4 зеркалами, и содержащий квантовый услилитель 5, пассивный затвор б и оптическую линию 7 задержки. Техническое решение оптической линии задержки известно, например, система иэ двух параллельных плоских отражающих поверхностей.

Работает устройство следующим образом.

Любым иэ извест.ных способов в активной среде усилителя 5 создается инверсия населенности. В генера-! торе 1 формируется импульс излучения энергией ЕВх и длительностью tq который через полупрозрачное зеркало 4 с коэффициентом отражения К инжектируется в кольцевой оптический резонатор. Тогда с выхода усилителя

5 снимается импульс излучения энергией (1 -k) Ев„+Ео, где Ео — энергия, снимаемая импульсом излучения .с активной среды квантового усилителя. Этот импульс излучения, отражаясь от зеркал 2 и 3 и проходя через затвор 6 и линию 7, попадает на полупрозрачное зеркало 4, которое отводит часть. импульса излучения с энергией (1-k) Ев„ +(1-k) Е„ иэ кольцевого оптического резонатора, а вторую часть с энергией (1-k)kg х+

+ k Eo отражает на вход усилителя

Затем процесс периодически повторяется. Так как время пробега импульса излучения по кольцевому оптическому резонатору „ больше суюы времени восстановления коэФфициента усиления активной среды 6в и длительности импульса излучения Фц Ц, то к моменту прихода следующего импульса излучения активная среда квантового усилителя успевает. восстановить свой коэффициент усиления, и, если квантовый усилитель работает в режиме насыщения, на выходе кольцевого оптического резонатора образуется периодическая последовательность .импульсов излучения с энергией в импульсе вьх )с < (1-k) Евх +(1.-k ) о, () 4 где E,„„- энергия импульса излучения последовательности

824852

Составитель Т. Манюкова

Редактор Г. Петрова Техред М.Тенер Корректор И. Ватрушкина

Эакаэ 6718/5 Тираж 590 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 на выходе кольцевого оптического резонатора. число пробегов импульса излучения по кольцевому оптическому резонатору.

Поскольку при большом, числе импульсов.последовательности

1lAl вы =Ео, h oo то на выходе устройства образуется последовательность импульсов излучения стабильной амплитуды с периодом следования, равным 4p . При выходе отношений (2) и (3) не учиты-. вались энергетические потери, вносимые оптической системой устройства.

Длительность последовательности определяется длительностью накачки активной среды квантового усилителя, и в случае постоянного режима работы может быть неограниченной. Пассивный затвор б, в качестве которого может быть использован насыщающийся поглотитель, предотвращает развитие гене,рации усилителя 5 в промежутках между импульсами излучения, причем время релаксации пассивного затвора должно быть меньше времени восстановления коэффициента усиления активной среды квантового усилителя.

Необходимость использования оптической линии задержки объясняется сложностью создания кольцевого опти ческого резонатбра с базой, превы шающей десятки метров. Например, в случае использования СΠ— кванто-

:вого усилителя при давлении актив.ной среды 1800 тор время восстанов-

1 ления коэффициента усиления активной среды квантового усилителя составляет несколько сот нс. Тогда ба3а кольцевого оптического резонатора должна превышать 30 м. Для уменьшения габаритов устройства используется линия 7, с помощью которой возможно также осуществить перестройку частоты следования импульсов излучения последовательности. При этом нижняя граница частоты следования обуславливается реальными габаритами,и потерями в оптической системе

|устройства.

По предварительным ориентировоч15 ным расчетам экономическая эффективность от применения предлагаемого изобретения будет зависеть от. конкретного применения. Так, при использовании предлагаемого способа

Я для усиления цепочки наносекундных импульсов в установках лазерного термоядерного синтеза коэффициент полезного. действия лазерной системы возрастает до 20-30% по сравнению

25 с несколькими процентами в случае усиления одиночных импульсов излучения. При этом экономическая эффек. тивность лазерных систем в установках с энергией в импульсе, превы3О.шающей десятки килоджоулей может составить сотни тысяч рублей.

При использовании предлагаемого способа для целей лазерной локации возможно создание импульсных опти35 ческих д ьномеров с высокой очностью измерения. Эконсу ическая эффективность в.данном случае будет определяться упрощением радиотехни,.ческой системы дальномера.