Способ перестройки длины волны излучения лазера и перестраиваемый лазер для его осуществления

 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании перестраиваемых лазеров, лазерных монохроматоров, спектрометров и измерительных лазерных комплексов для целей спектроскопии , оптической связи и обработки информации . Цель изобретения - расширение диапазона перестройки, контролируемого по абсолютному значению длины волны в реальном масштабе времени. Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании перестраиваемых лазеров, лазерных монохроматоров , спектрометров и измерительных лазерных комплексов для целей спектроскопии , лазерного контроля окружающей среды, оптической связи, записи и обработки информации. Цель изобретения - расширение диапазона перестройки, контролируемого Сущность способа перестройки заключается в разбиении диапазона перестройки на поддиапазоны, каждый из которых характеризуется фиксированным угловым положением дисперсионного элемента и может перекрываться электронными (с помощью, например дефлектора ) средствами. Переход от одного поддиапазона к другому осуществляется за счет дискретного изменения положения дисперсионного элемента и точного сшивания поддиапазонов электронными средствами. Устройство, реализующее способ, представляет собой лазер, в резонаторе которого имеется управляемый дефлектор и дисперсионный элемент, угловое положение которого изменяется в процессе работы . Сигналы для управления дефлектором и угловым положением дисперсионного элемента формируются с помощью дополнительного дисперсионного элемента , фокусирующей системы, блока позиционно-чувствительных фотоприем- НИКОВ и блока операционных усилителей. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. по абсолютному значению длиШ вдЛны в реальном масштабе времени. Рассматриваемый способ перестройки дпииы волны излучения лазера и перестраиваемый лазер для его осуществления поясняются чертежом, на котором показана принципиальная схема устройства, реализующая рассматриваемый способ. На чертеже приняты следующие обозначения: активный элемент 1 лазера, выходное зеркало 2, расшиW 00 4 О СП 00 05

„,Я0ы 1340536

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИМ

А1 (51)5 Н 01 S 3/082

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3898998/3)-25 (22) 23.05.85 (46) 23.02,90. Бюл. № (71) Институт физики АН УССР (72) В.И.Кравченко, Е,Г,Левченко и И.П,Теренецкая (53) 621.375.8(088.8) (56) Анохов С.П. и др. Перестраиваемые лазеры. М.: Радио и связь, 1982, 3-4.

Авторское свидетельство СССР

¹ 337873, кл. Н 01 $ 3/08, 1975. (54) СПОСОБ ПЕРЕСТРОЙКИ ДЛИНЫ ВОЛНЫ

ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА И ПЕРЕСТРАИВАЕИЫЙ

ЛАЗЕР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании перестраиваемых лазеров, лазерных монохроматоров, спектрометров и измерительных лазерных комплексов для целей спектроскопии, оптической связи и обработки информации. Цель изобретения — расширение диапазона перестройки, контролируемого по абсолютному значению длины волны в реальном масштабе времени.

Из обрет ение относится к обл асти квантовой электроники и может быть использовано при создании перестраиваемых лазеров, лазерных монохроматоров, спектрометров и измерительных лазерных комплексов для целей спект- роскопии, лазерного контроля окружающей среды, оптической связи, записи и обработки информации.

Цель изобретения — расширение диапазона перестройки, контролируемого

Сущность способа перестройки заключается в разбиении диапазона перестройки на поддиапаэоны, каждый из которых характеризуется фиксированным угловым положением дисперсионного элемента и может перекрываться электронными (с помощью, например дефлектора) средствами, Переход от одного поддиапазона к другому осуществляется эа счет дискретного изменения положения дисперсионного элемента и точного псшиванияп поддиапазонов электронными средствами. Устройство„ реализующее способ, представляет собой лазер, в резонаторе которого имеется управляемый дефлектор и дисперсионный элемент, угловое положение которого изменяется в процессе работы. Сигналы для управления дефлектором и угловым положением дисперсионного элемента формируются с помощью дополнительного дисперсионного элемента, фокусирующей системы, блока позиционно-чувствительных фотоприемников и блока операционных усилителей. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. по абсолютному значению длины вОЛны в реальном масштабе времени.

Рассматриваемый способ перестройки длины волны излучения лазера и перестраиваемый лазер для его осуществления поясняются чертежом, на котором показана принципиальная схема. устройства, реализующая рассматриваемый способ. На чертеже приняты следующие обозначения: активный элемент

1 лазера, выходное зеркало 2, расшин ритель 3 светового пучка, оптический дефлектор 4, дифракционная решетка 5 резонатора, блок управления 6 дефлек гором, ответ вляющая пл астипкa 7, дополнительный дисперсионный элемент 8, фокусирующая система 9, набор 10 позиционно-чувствител ных фотоприемников, устройство 11 поворота диспер-сионного элемента лазега, блок управ- 10 ления 12 устроиством поворота, блок

13 операционных усилителей и блок управления 14 перестраинаемым лазером.

Сущность предлагаемого способа пе. 1 D рестройки заключается в следующем, Весь диапазон длин волн, н,; ецелах которого необходимо осущесr,в"и:"rть перестройку, разбивают на ряд поддиапаэонов, каждый из которых характеризуется фиксированным угловь1м положением дисперсионного элемента резонатора и может перекрываться электронными средствами. Переход от одного попдиапаэона к другому осуществляется у5 за счет дискретного изменения углово-. го положения дисперсионного элемента по отношению к оптической оси резонатора.

Контроль абсолютного значения,г.пи" Р ны волны во всем диапазоне перестройки, в том числе при настройке на любую заданную длину волны, осуществля- ется по угловому положению дисперсионного элемента в каждом из поддиапазонов и величине управляющего сигнала.3»

Рассматриваемый способ предполагает последовательное выполнение сле- дующих операций: установка дисперсионного элеФ мента резонатора в заданноe начальное угловое положение, 2. Электронная перестройка длины волны в первом поддиа. :-.азоне за счет изменения величины сигнала, управляющего углом падения лазерного пучка на дисперсИонный. элемент, от выбран-. ного начального значения до значения. . Определяющего границу подциапазона, 3. Осуществление пространственно Глового разложения световых пучков г

1 различных длин волн с помошью допол" . нительного элемента, обладающего спектральноц угловой дисперсией.

4. Фиксация углового положения светового пучка при граничном значе нии управляющего сиги адa,„êàïðèìåp, ис ПОМОЩЬЮ ПОЗИЦИОННО ЧУВСтннтЕЛЬНОГО приемника, 5, Изменение величины управляющего сигнала до начального значения, б, Изменение угла между дисперсионным элементом и оптической осью резонатора до грубого совмещения углового положения лазерного пучка, испытывающего пространственно-угловое разложение, с зафиксированным ранее направлением.

7. Плавное изменение величины управляющего сигнала в области ее начального значения до точного совмещения углового положения лазерного пучка с зафиксированным ранее направг ением.

8. Определение нового углового положения дисперсионного элемента относительно оптической оси резонатора.

9, Злек гронная перестройка длины волны в следующем поддиапазоне за счет изменения величины управляющего сигнал а.

10. Повторение операций по пп. 1-9 до перекрытия всего заданного диапазона цлин волны, 1, Контроль абсолютного значения длины волны излучения за счет измерения величины управляющего сигнала и определения угла.зого положения дисперсионного элемента в каждом подди— апазоне, Перестраиваемый лазер, реализующий данный способ, работает следующим образом.

Дифракционная решетка 5 устанавливается в исходчое положение, опредепяемое начальной длиной волны задан- ного диапазона перестройки, Блок управления 14 включает источник накачки активного вещества лазера (на четреже не показан) и блок управления

6 — высокочастотный генератор, на котором устанавливается частота колебаний f равная нижней частоте рабочего диапазона для выбранной акустооптической среды, При этом лазер генерирует излучение с длиной волны

1ч

Затем по заданной программе частота колебаний изменяется в пределах рабочего диапазона от Г1, до г1, что вызывает перестройку длины волны лазерного излучения в пределах Ь „„ до л1, . Контроль длины волны осуществляется блоком управления 14 ча основе знания функции Ь(Й)„ асть выходного излучения лазера ответвляется плоскопараллельной пластинкой 7 на дисперсионнык элемент 8, 5 13405 который вьп>олняет функции устройства яр остр явственно-углового разложения излучения по длинам волн. Дифрагированные на дисперсионном элементе 8 световые пучки различных длин волн попадают под разными углами на фокусирующую систему 9 и фокусируются в различные точки, лежащие на линии, являющейся пересечением плоскости 10 дисперсии и фокальной плоскости.

При достижении длины волны Л,г соответствующий ей пучок излучения попадает на первый позиционно-чувствительный фотоприемник набора 10, 15 сигнал с которого через операционный усилитель блока 13 поступает в блок управления 14, который подает команду высокочастотному генерато1>у блока 6 на уменьшение акустической частоты 20 от граничного значения f до первоначального значения f После этого блок управления 14 выдает команду блоку управления 12, который осуществляет поворот устройства ll вместе с дифракционной решеткой 5. В результате этого поворота угол падения света на решетку изменяется от значения

Я до значения 2 Поворот осуществляется до грубого совмещения свето- 30 вого пучка с направлением, зафиксированным первым позиционно-чувствительным приемником. Сигнал рассогласования с фотоприемника при неточном совпадении этих напРавлений подается на 35 блок управления 14, который изменяет частоту высокочастотногО генератора блока управления 6 в пределах / от значения f до значения f<„, при

1н котором сигнал рассогласования стано- 4р вится равным нулю. При величине гр

f« d f определяют точное новое угловое положение- дифракционной решетки.

После этого по заданной программе частота высокочастотного генератора блока управления 6> изменяется в пределах от Г „ до Т „, вызывая перестройку длины волны лазерного излучения во втором поддиапаэоне от значений Ь<,, до В<... Положение светового 5р пучка, соответствующее граничной акустической частоте f „ второго поддиа ?гр пазона, фиксируется с помощью второго, позиционно-чувствительного фотоприемника набора 10. Переход на следующий, третий поддиапазон, осуществляется в той же последовательности, что и переход с первого поддиапазона на вторрй.

36

Измеренное блоком управления 14 значение акустической частоты при найденных предлагаемым способом значениях точного углового положения дифракционной решетки 5 дает абсолютное значение длины волны в реальном масштабе времени, что документируется периферийными устройствами блока управления 14 (например, цифропечатью). формул а изобретения

1. Способ перестройки длины волны излучения лазера с резонатором, содержащим дифракциопную решетку и акустооптический дифлектор, заключающиися в разбиении диапазона перестройки на несколько поддиапазонов и управлении углом падения лазерного пучка на дифракционную решетку с помощью электронной перестройки дефлектора при изменении акустической частоты, отличающийся тем, что, с целью Расширения диапазона перестройки, контролируемого по абсолютному значению длины волны излучения в реальном масштабе времени, совмещают границы поддиапазонов электронной перестройки, для чеro задают исходное угловое положение дифракционной решетки и изменяют акустическую частоту от выбранного начального значения, до значення, определяющего границу Л первого поддиапазона

1Гр электронной перестройки, фиксируют угловое положение л аз ерно ro пучка с длиной волны Л,, затем поворачивают дифракционную решетку на угол, равный углу электронной настройки, осуществляют совмещение углового положения лазерного пучка с зафиксированным ранее направлением за счет плавного изменения акустической частоты, после чего, изменяя акустическую частоту, продолжают электронную перестройку длины волны во втором поддиапазоне до значения, Л, повторяют указанные игр операции до перекрытия всего диапазона перестройки, при этом контролируют абсолютное значение длины волны излучения по акустической частоте в каждом спектральном поддиапазоне.

2. Перестраиваемьп лазер, содержащий активный элемент, расширитель оптического пучка и дефлектор, расположенные в дисперсионном резонаторе, и блок управления дефлектором., о т л и1 340536

Составитель Н.Кравцов

Техред Л.Сердюкова, I

Редактор Н. Козлова

Корректор В. Кабаций

Заказ 502 Тираж 394 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушск я наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 ч а юшийся тем, что, с целью расширения диапазона перестройки, контролируемого по абсолютному значению длины волны в реальном масштабе

5 времени, лазер содержит ответвитель части лазерного пучка и расположенные эа ним последовательно дополнительный дисперсионный элемент, фокусирующую систему, набор позиционно-чувствитель- 0 ных фотоприемников, установленных вдоль линии, лежащей на пересечении йлоскости дисперсии дополнительного дисперсионного элемента с фокальной плоскостью фокусирующей системы, а также устройство поворота дисперсионного элемента резонатора лазера с блоком управления устройством поворота, блок операционных усилителей, соединенных с позиционно-чувствительнъ|ми фотоприемниками, при этом блок управления перестраиваемым лазером электрически соединен с операционными усилителями и блоками управления дефлектором и устройством поворота дисперсионного элемента.