Лазерный перестраиваемый источник монохроматического излучения

 

Использование: спектральная аппаратура. Сущность изобретения: генератор перестраиваемого излучения содержит несколько установленных на общем основании перестраиваемых лазеров с различными диапазонами излучаемых длин волн, снабженных каждый индивидуальной усиливающей средой и парой зеркал, каждое из которых может занимать два строго фиксированных положения и снабжено электромагнитным приводом и магнитным фиксатором этих положений, все электромагнитные приводы подключены к электрокоммутирующему устройству для управления положением зеркал, каждый перестраиваемый лазер только при одном положении соответствующей пары зеркал оптически связан с лазером накачки и его выходной луч совмещен с направлением выходного луча источника, а при другом их положении этот лазер выводится из оптического соединения с лазером накачки и выходом источника. 2 ил.

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано в спектральной аппаратуре.

Известны лазерные источники монохроматического излучения, селективно перестраиваемые в различных диапазонах длин волн, состоящие из узкополосного лазера накачки и лазера на одной из усиливающих сред с широкой полосой люминесценции (растворы органических красителей, различные кристаллы и т.п. ) [1].

Переход с одного диапазона длин волн на другой в общем случае осуществляется заменой усиливающей среды и резонатора, т.е. перестраиваемого лазера как целого, а при необходимости и заменой лазера накачки.

Представляет несомненный интерес источник, способный быстро и автоматически перестраиваться в диапазоне длин волн, охватывающем диапазоны люминесценции нескольких усиливающих сред.

Наиболее близким к такому источнику является прибор "Аметист" [2]. Этот прибор содержит импульсный лазер накачки на молекуле азота с частотой повторения импульсов до 50 Гц и перестраиваемый лазер с распределенной обратной связью с диапазоном перестройки излучаемых длин волн, охватывающим диапазон люминесценции нескольких органических красителей.

Низкая частота и относительно небольшая выходная мощность лазера накачки позволяет использовать в перестраиваемом лазере кюветы без прокачки растворов красителей, что в свою очередь позволяет объединить несколько кювет с различными красителями в компактный оптический моноблок. При поступательном перемещении моноблока и при соответствующей перестройке общей для всех кювет оптической системы деления луча накачки и создания распределенной обратной связи в растворе красителя осуществляется переход с одного диапазона длин волн генерации на другой. Поступательное перемещение моноблока и сложное перемещение элементов оптической системы осуществляется с помощью механической конструкции с приводом от шагового двигателя.

Из-за массивности перемещаемых элементов время перехода с диапазона на диапазон весьма значительно, особенно если необходимые диапазоны обеспечиваются кюветами, стоящими на разных концах моноблока (порядка минут). Недостатками следует признать также низкую частоту повторения импульсов и низкую выходную мощность излучения прибора.

Гораздо предпочтительнее, в смысле сокращения времени перехода, было бы отметить неподвижными усиливающие среды и каждую из них снабдить собственным резонатором, перестраиваемым в области люминесценции соответствующей среды, а луч лазера накачки поочередно направлять на входы перестраиваемых лазеров. При этом не возникает препятствий для использования мощных лазеров накачки с большой частотой повторения импульсов, но следует иметь в виду, что луч лазера накачки должен всякий раз попадать на строго фиксированную область усиливающей среды перестраиваемого лазера, чтобы не требовалось переюстировки резонатора соответствующего лазера.

Целью изобретения является сокращение времени и облегчение автоматизации перехода с одного диапазона излучаемых длин волн на другой при замене усиливающей среды.

Это достигается тем, что генератор перестраиваемого излучения образован установленными на общем основании несколькими перестраиваемыми лазерами, каждый из которых снабжен широкополосной усиливающей средой с отличными друг от друга диапазонами люминесценции и парой зеркал, установленных с возможностью фиксации в двух положениях, в одном из которых обеспечивается направление луча лазера накачки на оптический элемент, связывающий его с усиливающей средой соответствующего перестраиваемого лазера, и направление выходного луча последнего по оси выходного луча генератора, который и является выходным лучом источника монохроматического излучения, а в другом обеспечивается беспрепятственное прохождение луча лазера накачки к другим усиливающим средам и освобождение пути по оси выходного луча источника, причем каждое зеркало, переключаемое два положения, снабжено электромагнитным приводом и магнитным фиксатором положений и все приводы подключены для управления к коммутирующему устройству.

Обеспечение каждого перестраиваемого лазера зеркалами позволяет существенно уменьшить время переключения диапазона генерации источника (независимо с какого диапазона на какой). Это переключение осуществляется путем одновременного переключения положения четырех зеркал из одного фиксированного положения в другое (да - нет), что резко упрощает задачу автоматизации этого процесса. Для автоматизации в этом случае достаточно подключить все электромагнитные приводы к коммутирующему устройству (может быть использована микроЭВМ, часто применяемая для управления селективными резонаторами). В этом случае перестраиваемый источник монохроматического излучения оказывается способным работать по заданной оператором программе совершенно самостоятельно.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого источника; на фиг.2 - то же, вариант исполнения.

Предлагаемый источник содержит лазер накачки 1 и генератор перестраиваемого лазерного излучения, содеpжащий селективно перестраиваемые лазеры 2, 2а, 2б... на индивидуальных усиливающих средах с широкой полосой люминесценции, зеркала 3, 3а, 3б...4, 4а, 4б..., установленные с возможностью фиксации в двух положениях, каждое из которых снабжено электромагнитным приводом (ЭПМ) и магнитным фиксатором 6 двух положений. Все ЭПМ подключены к электрокоммутаторному устройству (ЭКУ) 7.

Источник работает следующим образом.

При работе источника в диапазоне, например, лазера 2 зеркало 3 лазера 2 направляет луч накачки через связывающий оптический элемент на строго определенное место усиливающей среды лазера 2, а зеркало 4 направляет выходной луч лазера 2 по оси выходного луча источника. Таким образом зеркала 3,4 находятся в рабочем положении. Все остальные зеркала находятся в положении, обеспечивающем беспрепятственное прохождение указанных лучей, т.е. в нерабочем.

При переходе на другой диапазон зеркала 3,4, обеспечивающие работу прежней усиливающей среды и вывод из источника, полученного на ней излучения в заданном направлении, и зеркала, обеспечивающие работу источника на новой усиливающей среде, импульсом тока в их ЭПМ 5, поступающего с ЭКУ-7 по команде оператора или программы, одновременно переводятся: первые - в нерабочее, а вторые - в рабочее состояние.

Все элементы лазеров, состоящих генераторов перестраиваемого излучения, требующие предварительного включения, должны быть заранее включены, если предполагается скоростной переход по всем возможным диапазонам длин волн источника.

Предлагаемый источник обеспечивает малые времена автоматического перехода с одного диапазона излучаемых длин волн на другой при смене усиливающей среды, что позволяет использовать его при разработке высокоскоростной спектральной аппаратуры и на его промышленное изготовление не требуется специальных неизвестных средств.

Формула изобретения

ЛАЗЕРНЫЙ ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ИСТОЧНИК МОНОХРОМАТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, включающий лазер накачки и генератор перестраиваемого лазерного излучения с диапазоном перестройки, охватывающим диапазоны люминесценции нескольких широкополосных усиливающих сред, отличающийся тем, что генератор перестраиваемого излучения выполнен в виде нескольких установленных на общем основании перестраиваемых лазеров, каждый из которых снабжен индивидуальной усиливающей средой с отличными друг от друга диапазонами люминесценции и парои внерезонаторных зеркал, установленных с возможностью их фиксации в двух положениях, в одном из которых соответствующий им лазер оптически связан с лазером накачки и его выходной луч совмещен с направлением выходного луча источника, а в другом - зеркала отведены, одно - с пути луча лазера накачки, а другое - с пути выходного луча источника, причем каждое зеркало снабжено электромагнитным приводом и магнитным фиксатором обоих положений и все приводы подключены к электрокоммутирующему устройству управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2