Субмиллиметровый лазер
Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к лазерам с оптической накачкой. Цель изобретения - повышение мощности генерации и уменьшение расходимости излучения лазера. Субмиллиметровый лазер содержит два резонатора, оптически связанных между собой. Один резонатор образован отражающей дифракционной решеткой 3 и глухим зеркалом с помещенной внутри него активным элементом 1 CO2 -лазера. Второй резонатор заполнен активным веществом и образован кристаллическим окном Брюстера 2 и полупрозрачным выходным зеркалом 7. Кристаллический отражатель установлен под углом Брюстера к оптической оси лазера, глухое зеркало которого выполнено в виде полого усеченного клина, угол раствора между поверхностями которого определяется числом проходов луча. 1 ил.
Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке молекулярных лазеров с оптической накачкой, генерирующих излучение в субмиллиметровой области спектра. Цель изобретения - повышение мощности и уменьшение расходимости излучения. На чертеже представлена схема субмиллиметрового (СБМ) лазера. СБМ-лазер содержит СО2-лазер накачки, включающий активный элемент 1 с установленным на одном из его торцов окном Брюстера 2, выполненным из кристаллического материала, прозрачного на частотах генерации СО2-лазера и обладающего высоким селективным отражением в области длин волн 40-44 мкм. Оптический резонатор СО2-лазера образован дифракционной решеткой 3 и зеркальным отражателем, выполненным в виде двух противоположных зеркальных стенок 4, 5 кюветы 6, заполненной рабочей средой и пристыкованной к окну Брюстера. СБМ-оптический резонатор образован выходным зеркалом 7, выполненным с возможностью изменения коэффициента пропускания, и кристаллическим окном Брюстера 2. Стенки кюветы с зеркальными покрытиями параллельны нормали к плоскости пересечения осей оптических резонаторов и выполнены с возможностью изменения угла наклона относительно оси СБМ-оптического резонатора приводами 8. В частном случае окно Брюстера 2 может быть выполнено из кристалла BaF2. Выходное зеркало 7 СБМ-резонатора расположено на каретке 9, снабжено юстировочным узлом 10 и выполнено в виде параллельно расположенных металлических сеток. СБМ-лазер работает следующим образом. Излучение оптического диапазона, генерируемое в активном элементе СО2-лазера, свободно проходит через кристаллическое окно Брюстера 2, попадает в полость кюветы с рабочей средой, где после нескольких проходов через то же окно и активный элемент 1 падает на отражательную дифракционную решетку 3. Дифракционная решетка настраивается таким образом, чтобы излучение СО2-лазера резонансно возбуждало колебательно-вращательные уровни активных молекул, например СН3ОН, находящихся в полости кюветы, создавая инверсную населенность между двумя рядом лежащими вращательными уровнями возбужденного колебательного состояния молекулы СН3ОН. Энергия возбуждения вращательных уровней этих молекул преобразуется в СБМ-излучение с помощью СБМ-резонатора, образованного выходным зеркалом 7 с переменным коэффициентом пропускания и кристаллическим окном Брюстера 2. При отъюстированном СБМ-резонаторе возникает СБМ-генерация, например, на длине волны 41,2 мкм. Перемещая зеркало 7 с помощью каретки 9 плоскопараллельно вдоль оптической оси СБМ-резонатора, подстраивают мощность генерации СБМ-излучения на максимальную величину вручную или с помощью юстировочного узла 10 автоматической подстройки мощности генерации. При необходимости работы СБМ-лазера в другом спектральном диапазоне необходимо использовать окно Брюстера 2 из другого кристаллического материала (для диапазона длин волн от 85 до 90 мкм используют пластину из NaCl). Так как резонатор не содержит центральных отверстий связи, в нем реализуются в генерации гауссовы моды. Количество проходов N излучения накачки СО2-лазера в кювете задается углом раствора 
зеркальных стенок 4, 5 согласно соотношению = 2 (90 -
) N-1, где - угол Брюстера. Для создания однородного поля накачки и увеличения ее эффективности число N должно быть достаточно большим, однако при этом суммарные потери в резонаторе СО2-лазера, включая потери на отражение от зеркальных стенок и потери на поглощение излучения молекулами рабочего вещества СБМ-лазера, не должны превышать ненасыщенного коэффициента усиления СО2-лазера. Изменяя угол , подбирают оптимальное число проходов N для разных рабочих молекул и различных колебательно-вращательных переходов накачки. В СБМ-лазере каналы накачки и генерации полностью независимы друг от друга, в силу чего оптимизация пропускания выходного зеркала 7 и подстройка длины СБМ-резонатора не влияют на мощность излучения накачки. Значительное увеличение возбуждаемого объема и оптимизация развязки позволяет значительно повысить эффективность и мощность генерации. Конструкция лазера позволяет также осуществить стабилизацию частоты и мощности генерации, селекцию мод и длин волн генерации с помощью стандартных методов. (56) Авторское свидетельство СССР N 713469, кл. H 01 S 3/094, 1978. Авторское свидетельство СССР N 587812, кл. H 01 S 3/02, 1976.
Формула изобретения
СУБМИЛЛИМЕТРОВЫЙ ЛАЗЕР, содержащий СО2-лазер накачки, включающий активный элемент с установленным на одном из его торцов окном, выполненным в виде кристаллического отражателя, и оптический резонатор, включающий дифракционную решетку и зеркальный отражатель, пристыкованную к окну кювету, заполненную рабочей средой и размещенную в субмиллиметровом оптическом резонаторе, образованном кристаллическим отражателем и выходным зеркалом, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности и уменьшения расходимости излучения, кристаллический отражатель установлен под углом Брюстера к оси СО2-лазера накачки, заркальный отражатель образован двумя противоположными стенками кюветы, заполненной рабочей средой, с зеркальными покрытиями, нанесенными на их внутренние поверхности, выходное зеркало выполнено с возможностью изменения коэффициента пропускания, при этом стенки кюветы с зеркальными покрытиями параллельны нормали к плоскости пересечения осей оптических резонаторов и выполнены с возможностью изменения угла наклона относительно оси субмиллиметрового оптического резонатора.
