Субмиллиметровый лазер

 

СО103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,,ЯУ„, 127727

А1 (Ю 4 Н Oi S 3/082

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и

ГОСУДАРСТВЕННЬ1Й КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3785225/31-25 (22) 28.08.84 (46) 15.12.86. Бюл. 11 46 (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР (72) 3 П. Шлитерис (53) 621.375.8(088.8) (56) Бугаев В,A. и др. Многочастотный субмиллиметровый лазер. H.: Ротапринт ИРЭ АН СССР, 1981, с. 1-8.

Патент США 11р 4126838, кл. Н 01 S 3/08, 1978. (54) (57) СУБМИЛЛИ11ЕТРОВЫИ ЛАЗЕР с оптической накачкой, содержащий оптический резонатор лазера накачки, субмиллиметровый резонатор, связанный с оптическим резонатором лазера накачки посредством промежуточного зеркала, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД лазера, промежуточное зеркало выполнено в виде двумерной решетки с одинаковым периодом в обоих измерениях, прозрачной для излучения накачки, ориентированной полосками в одном измерении параллельно, в другом — перпендикулярно плоскости падения излучения накачки, при этом период решетки выб.ран из условий

g/2à 3,7

0,87Д > g 0,69Л„ или

0,88 1,„) К н ), 0,87,1„, коэффициент пропускания решетки

Т > Т„ - О 01, а решетка установлена относительно осй оптического резонатора под углом

L Ц или Р, выбранным в пределах

90 19 > 65 или 90 Р)80, где ч — угол в случае ориентации

I линейной поляризации волны накачки перпендикулярно плоскости падения излучения;

lI р — угол в случае ориентации линейной поляризации волны на- ф качки параллельно плоскости падения излучения; р н а — перпоп и полушпрнна полос- С ки решетки соответственно;

1 ц

g u g — периоды решетки для максимума пропускания на длине

И волны Л при углах Ч и М деы

H соответственно; М вЂ” длина волны лазера накачки, ® соответствующая максимуму пропускания решетки:

Т вЂ” максимальный коэффициент о пропускання решетки при нормальном падении излучения;

Т вЂ” максимальный коэффициент пропускання решетки при углах Y или Ч "

127727) Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для оптимизации ввода излучения накачки и вывода генерируемого излучения при создании много- 5 частотных субмиллиметровых (СММ) лазеров с оптической накачкой, нашедших применение в магнитоспектроскопии твердого тела, лазерной интерфе10 рометрии плазмы, метрологии частоты и экспериментах по Томсоновскому рассеянию света.

Цель изобретения — повышенгяе КПД лазера.

На чертеже показан субмиллимет15 ровый лазер с оптической накачкой.

Лазер содержит газоразрядную трубку 1 оптического лазера накачки, например СО -лазера, кювету 2 с активным веществом субмиллиметрового лазера, оптический резонатор лазера накачки, образованный эшелеттом 3 и зеркалом 4, и субмиллиметровый резонатор, образованный тем же зеркалом 4, промежуточным зеркалом 5, установленным внутри оптического резонатора, и зеркалом б для вывода CMNизлучения. Газоразрядная трубка 1 и кговета 2 имеют соответственно брюстерные окна 7 и 8, например, из арсенида галлия, прозрачного для излучения накачки. В кювете 2 за зеркалом б установлено герметизирующее окно 9 из материала, прозрачного для

СММ-излучения, например кристалли- З5 ческого кварца или кремния. Ось оптического резонатора накачки совпадает с нормалью к отражающей поверхности в центре зеркала 4 и направлением падающего на эшелетт или отра- 40 женного от него в первом порядке излучения накачки, Эшелетт 3 установлен по схеме Питрова с возможностью вращения вокруг оси, лежащей в плоскости эшелетта и перпендикулярной 45 оси лазера. Ось CNN-резонатора изогнута под углом 2 и совпадает с норг. малями к плоскостям зеркал 4 и б.

СММ-излучение падает вдоль нормали ,зеркала 4 к промежуточному зеркалу 5 50 и после зеркального отражения от него направление падения излучения совпадает с нормалью к зеркалу 6. Обе нормали образуют угол падения г с нормалью промежуточного зеркала 5 и 55 лежат с ней в одной плоскости, являющейся плоскостью падения излучения на зеркала 4-6 CNN — резонатора.

Зеркала 4 и 5 установлены в кювете

СММ-лазера неподвижно, а зеркало б установлено на сильфон 10, соединенный с отсеком ll кюветы 2, и может перемещаться вдоль оси СММ-резонатора с помощью микрометрических винтов или пьезокорректора (не показаны). Зеркало 4, общее для субмиллиметрового и оптического резонаторов, выполнено непрозрачным для излучения, например из меди или золота.

Зеркало б не имеет контакта с излучением накачки и выполнено частично прозрачным для СММ-излучения, например, в виде двумерной медной решетки. Промежуточное зеркало 5 выполнено в виде двумерной решетки из скрещенных металлических полос с одинаковым периодом в обоих измерениях и обладает одновременно высокой пропускагощей способностью для излучения накачки и высокой отражающей способностью плоского зеркала для СММ-излучения, Полоски решетки зеркала 5 в одном измерении ориентированы параллельно, а в другом — перпендикулярно плоскости падения излучепия, которая в данном варианте перпендикулярна ориентации линейной поляризации волны накачки . Плоскость решетки промежуточного зеркала 5 установлена относительно оси оптического резонатора под острым углом М= Ч, выбранным в пределах

90 >М > 65 если линейная поляризация волньг накачки перпендикулярна плоскости падения излучения, и под углом Ч = р если линейная поляризация волны накачки параллельна плоскости падения, где угол находится в пределах

90 > р 80

При этом периоды решетки g" и g для первого и второго случая соответственно удовлетворяют условиям

g/2а 3 3,7 н 8 н

0,88) > g" > 0,87 где и а — период и полуширина полосок, образующих решетку, соответственно; — длина волны накачки, а максимальный коэффициент пропуска ия решетки при углах падения Ч и

II

O, равный Т, удовлетворяет условию т Т, — 0,01, 1277271

ВНИИПИ Заказ 6752/51 Тираж 597 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная 4

l где T — максимальный коэффициент пропускания решетки при нормальном падении излучения.

Лазер работает следующим образом. 5

В газоразрядной трубке 1, заполненной СО, возбуждается разряд. НаЭ правление вектора поляризации возбуждаемого оптического излучения накачки определяется ориентацией брюстерных окон 7 и 8. Максимальная прозрачность окон 7 и 8 соответствует поляризации излучения параллельно их плоскости падения, Поэтому вектор напряженности электрического поля на!

5 качки ориентирован параллельно плоскости падения на брюстерные окна и перпендикулярно плоскости падения на двумерную решетку промежуточного зеркала 5, полоски которой в одном измерении,параллельны этому вектору, в другом — перпендикулярны. Оптическое излучение свободно проходит через двумерную медную решетку промежуточ25 ного зеркала 5, угол установки которого к оси оптического резонатора ц и период g выбраны в зависимости от ориентации линейной поляризации этого излучения, попадает на зеркало 4, образующее оптический резонатор с эшелеттом 3. Вращая эшелетт 3 вокруг оси, совпадающей с его-плоскостью и перпендикулярной оси резонатора, настраивают его на выбранную волну,1

Н

Оптическое излучение, поглощаемое на 35 вращательно-колебательных переходах активного вещества, заполняющего кювету 2, при настроенном на резонансную длину Ь субмиллиметровом резонаторе приводит к возникновению СММизлучения. Длина резонатора настраивается с помощью микрометрического винта или пьезокорректора при перемещении зеркала 6. При этом поляризация колебаний генерируемого излучения устанавливается параллельно или перпендикулярно линейной поляризации волны накачки в соответствии с правилами динольных переходов, так как добротность СММ-резонатора, содержащего двумерную решетку в качестве промежуточного зеркала, не зависит от ориентации поляризации излучения.

Двумерная решетка в нулевом порядке одинаково хорошо отражает СММ длины волн произвольной поляризации, десятикратно превышающие ее период.

CKI-излучение, отраженное от зерка/ ла ч, падает на зеркало 5 под углом

1 отражается от него нод этим же углом и попадает на частично проз— рачное для этого излучения зеркало 6 и также отражается от него. В результате многократного прохождения

СМ1-излучения через объем активного вещества, заполняющего кювету ? и ее отсек 11, происходит усиление и генерация излучения на длине волны, определяемой положением зеркала 6, т.е. длиной T. субмиллиметрового резонатора. Генерируемое излучение выводится по всему сечению полупрозрачного зеркала 6 через окно 9. Перестройка

СММ-лазера по длинам волн осуществляется изменением угла наклона эшелетта 3 относительно оптического резонатора и перемещением зеркала 6 вдоль оси CKf-резонатора.