Способ формирования субмикросекундных импульсов лазерного излучения

 

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СУБМИКРОСЕКУНД НЫХ ИМПУЛЬСОВ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, включающий возбуждение активной среды и воздействие излуче, ния на просветляющуюся среду и среду, обладающую двухфотонным поглощейи ем, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности генерационных параметров и увеличения энергии импульсов, воздействуют излучением на монокристалл теллурида цинка, являкицийся одновременно просветляющейся средой и средой, обладающей двухфотонным поглощением, охлажденный до 6-35 К с концентрацией дефектов 10 , создаю«щих в запрещенной зоне акцепторные (/) уровни.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (! 1) 4(1)Н 01 S 3/11

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

30НО

npodo bmoc ти кце

Юые яю баАЕНтния çoí7

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3463088/18-25 (22) 05.07.82 (46) 30.06.85. Бюл. ))- 24 . (72) В.А.. Зюльков, В.П. Грибковский

В.А. Иванов, М.А. Котибников и В.Н. Павловский (71). Ордена Трудового Красного

Знамени институт физики АН БССР (53) 621.375,8(088.8) (56) 1. Венкин Г.В; и др. Одномодовый ОКГ с плавно перестраиваемой длительностью имнульсов. Кв.электро ника, 1971, В 6, с. 97-100.

2. Лисицын Л.М. Формирование импульсов ОКГ с помощью двухфотонного поглощения в Са As, письма в ЖЗТФ, 1969, 9, 282 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ФОРИИРОВАНИЯ СУБИИКРОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ ЛАЗЕРНОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ, включающий возбуждение активной среды и воздействие излучения на просветляющуюся среду и среду, обладающую двухфотонным поглощением, отличающийся. тем, что, с целью повышения стабильности генерационных параметров и увеличения энергии импульсов, воздействуют излучением на монокристалл теллурида цинка, являющийся одновременно просветляющейся средой и средой, обладающей двухфотонным поглощением, охлажденный до 6-35 К с концентрацией дефектов 10 -10 см, создаю(S 1 -Ъ

° О щих в запрещенной зоне акцепторные уровни.

1094543

Изобретение относится к нелинейной оптике, квантовой электронике, а именно к способам формирования субмикросекундных лазерньн импульсов с перестраиваемой длительностью. S

Известен способ формирования субмикросекундных импульсов света, основанный на возбуждении лазерным излучением просветляющейся среды на основе органического красителя и нелинейной среды на основе кристалла типа КДР, создающей зависящие от уровня мощности потери излучения в резонаторе за счет генерации втоОой гаимониии (1).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ формирования субмнкросекундных импульсов лазерного излучения, включающий возбуждение активной среды и воздействие излучения на просветляющуюся среду и среду, об- . ладающую двухфотоннь|м поглощением (2) .

Недостатком описанных способов является недостаточная стабильность генерации вследствие невысокой фотохимической устойчивости органических просветляющихся сред и высокий пороггенерации вследствие паразит- 30 ных потерь излучения на элементах в резонаторе.

Цель изобретения — повышение стабильности генерационных парамет- . ров и увеличение энергии импульсов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе формирования субмикросекундных импульсов лазерного излучения, включающем возбуждение активной среды и воздействие 40 излучения на просветляющуюся среду и среду, обладающую двухфотонным поглощением, воздействуют излучением .на монокристалл теллурида цинка, являющийся одновременно просветляющейся средой и средой,. обладающей двухфотонным поглощением, охлажден иый до .температуры 6-35 К, с концентрацией дефектов 10 -10 см, создающих в запрещенной зоне акцеп. — 50 торные уровни.

На фиг. I представлена энергетическая схема электронных переходов в полупроводнике P-типа проводимости, который представляет собой у монокристалл теллурида цинка. .На фиг. 2 — зависимость коэффициента пропускания монокристалла Т охлажденного до 6 К, от энергии падающего излучения 9I q< .

При воздействии на полупроводниковый элемент-теллурид цинка-излучения пропускание элемента сначала увеличивается. Это происходит за счет просветления примесной полосы поглощения в результате опустошения акцепторньк уровней примеси под воздействием мощного излучения (см. фиг. 1, переход 1). Потери излучения в резонаторе уменьшаются, и при достижении порога генерации формируется передний фронт лазерного импульса. Двухфотонное поглощение существенно не влияет на развитие генерации на этом этапе вследствие его малости. После насыщения поглощения в переходе 1 с увеличением энергии накачки возникает новый канал йоглощения из-эа двухфотонных переходов 2. Двухфотонное поглощение приводит к образованию нелинейных потерь, которые обуславливают уменьшение пропускания фильтра и компенсируют усиление в лазере. Нелинейные потери ограничивают нарастание плотности излучения в резонаторе, вследствие чего стабилизируется амплитуда лазерного импульса и увеличивается время сброса инверсной населенности в активном веществе, Последнее и позволяет получить импульс субмикросекундной длительности.

Для реализации такого режима работы необходимо, чтобы возникающие в полупроводником элементе при высоком уровне возбуждения нелинейные потери были значительны еще до порога разрушения материала. Это достигается охлаждением монокристаллов до 6-35 К. Причинами, препятствующими возникновению нелинейных потерь, могут быть следующие: 1) небольшой параметр нелинейности фильтра и, как следствие, значительное остаточное поглощение в филаитре, сохраняющееся вплоть до порога разрушения полупроводника (т.е. фильтр полностью не просветляется), 2) низкий порог разрушения материала.

Пример. Субмикросекуидный лазерный импульс формируется при возбуждении активной среды и воздействии излучения на полупроводниковый нелинейный элемент в виде плоскопараллельной пластинки легиро1094543

Ванного монокристалла теллурида цинка, помещенный в резонатор и Охлажденный до 6-35 К. Спектральная область, в которой возможно получение режима, ограничена интервалом 5

Длин Волн Ь Ъ = .7, — B KQToPQM

3 наблюдается поглощение с акцепторных уровней примеси (см. фиг. 1). Она заключена в промежутке 5500-5250 А.

В качестве акцепторной примеси могут выступать дефекты роста (остаточные примеси, собственные дефекты решетки) или же акцепторная примесь вводится путем легирования.

Концентрация дефектов выбирается в пределах 10 -10Л см Процесс генерации определяется изменением пропускания элемента с увеличением уровня возбуждения, показанным на фиг. 2, и происходит следующим образом, При малой мощности падающего излучения пропускание постоянно (участок 3). При достижении в реэонаторе мощности 0,01 МВт/см полупроводник начинает просветляться, потери излучения в резонаторе уменьшаются и при достижении порога генерации формируется передний фронт импульса (участок 4). Мощность излучения в резонаторе быстро возрас- ЗО тает до уровня, соответствующего максимальнОму пропусканию полупроводника, и стабилизируется вследствие ограничительного действия нелинейных пОтерь ОбуслОВленных ДВухфО .35 тонным поглощением, ведущих к уменьшению пропускания при больших уровнях накачки (участок 5).

Нелинейные потери увеличивают время сброса инверсной населенности 40 в активном элементе лазера, вслед= ствие чего лазерный импульс удлиня- ется. Регулировка длительности импульса осуществляется. изменением уровня накачки активного элемента. 45

Длительность импульса, определяемая коэффициентом нвлинейности 11< котоф рый..с учетом параметров резойатора и активной среды равен 280, может изменяться в пределах 40-400 нс. 50

Субмикросекундные импульсы света могут быть сформированы при возбуждении лазерным излучением теллурида цинка, охлажденного до 6-35 К, поскольку в этом интервале температур 55 на экспериментальной зависимости . коэффициента, пропускания Т (Wq *) . Наблюдае-.ся участок уменьшения пропускания, обуславливающий нелинейные потери, и соответственно. удлинение лазерного импульса. При

Т > 35 К теллурид цинка полностью не просветляется вплоть до порога разрушения материала и участок уменьшения пропускания не проявляется. о

При Т < 6 К режим получения субмикросекундных импульсов света не техйологичен из-за необходимости помещения теллурида цинка непосредственно в жидкий гелий и сложности получения температур ниже 4,2 К.

Описанный режим работы отличается высокой стабильностью. Не было отмечено никаких изменений в характеристиках полупроводникового элемента на основе теллурида цинка, охлажденного до гелиевых температур, после проведения 300 лазерных вспышек в режиме полного насыщения полосы поглощения, тогда как, например, при режиме работы с использованием просветляющейся среды на основе полиметинового красителя, после проведения аналогичного количества .вспышек необходимо проводить замену ,красителя для поддержания стабильной генерации.

Порог генерации зависит от коэффициента нелинейности фильтра и потерь излучения на элементах резонатора и в фильтре. Совмещение в одном полупроводнике функций просветляющегося фильтра и нелинейного элемента уменьшает паразитные потери приблизительно на 10Х. Уменьшение порога генерации вследствие этого приблизительно равно 25Х.

Таким образом, способ формирования субмикросекундных импульсов света обладает стабильностью генерации (за счет высокой надежности и устойчивости параметров полупровод-. никового элемента из теллурида цинка), более низким порогом генерации (на 25K), (за счет совмешщения . функций просветляющейся среды,и нелинейнопоглощающего элемента в од» ном кристалле), что дает возможность повысить энергосъем и КПД лазеров, генерирующих субмикросекундные импульсы света.

Способ позволяет .упростить конструкцию таких лазеров и сделать их более компактными за счет уменьшения числа элементов в резонаторе.

Он может применяться при низких.1094543 температурах. Эти свойства важны для перспективного использования таких лазеров в устройствах оптоэлектроники, космических исследованиях.

ZB га

3 -lg W y

Заказ 4510/4

Тираж 638 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Составитель О.Исаева

Редактор С.Титова Техред О.Ващишина Корректор А.Зимокосов