Лазерное генерационное устройство одномодового излучения

 

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к неодимсодержащим твердотельным технологическим лазерам с пассивной модуляцией добротности резонатора. Цель изобретения - осуществление регулировки частоты следования цугов импульсов выходного излучения. Сущность: в электрические цепи, состоящие из блоков питания постоянного тока и ламп накачки, введены сглаживающие фильтры, подключенные параллельно блокам питания, и электронный модуль, подключенный с помощью согласующего трансформатора последовательно блокам питания. 1 ил.

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к неодимсодержащим твердотельным технологическим лазерам, и может быть использовано для получения одномодового импульсно-периодического режима генерации с высокой пространственной яркостью излучения, обладающего большой длиной когерентности и малой расходимостью.

Известно лазерное генерационное устройство одномодового излучения с трехзеркальным неустойчивым резонатором и пассивным затвором [1] где осуществляется импульсно-периодическая накачка активных элементов с глубиной модуляции, равной 1, в результате чего лазерное устройство генерирует излучение, состоящее из цугов отдельных эквидистантных импульсов, при этом частота следования цугов равна частоте накачки, а частота импульсов в цуге определяется плотностью пассивного затвора.

Недостатком данного устройства является низкая стабильность энергетических и временных параметров выходного излучения.

Известно также лазерное генерационное устройство одномодового излучения с трехзеркальным неустойчивым резонатором [2], в котором один активный элемент и пассивный затвор, установленные между выпуклым глухим и плоским пропускающими зеркалами, образуют задающий генератор, а три активных элемента, установленные между плоским и выпуклым пропускающими зеркалами, образуют линейный многопроходный усилитель. Электропитание ламп накачки осуществляется от постоянных блоков питания. Вследствие малых колебаний мощности накачки с частотой электросети 50 Гц устройство генерирует излучение, состоящее из цугов отдельных эквидистантных импульсов. Частота следования цугов равна частоте питающей сети, а частота импульсов в цуге определяется плотностью пассивного затвора.

Недостатком данного устройства является невозможность регулировки частоты следования цугов и их длительности.

Задача изобретения - устранение указанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее линейный трехзеркальный неустойчивый резонатор, активный элемент и пассивный лазерный затвор, которые установлены между выпуклым глухим и плоским пропускающим зеркалами резонатора, один или несколько активных элементов, установленных между плоским и выпуклым пропускающими зеркалами резонатора, и блоки питания ламп с постоянным напряжением накачки, снабжено сглаживающими фильтрами, подключенными параллельно блокам питания ламп накачки, и электронным модулем с переменным напряжением, регулируемым по амплитуде, длительности и частоте и подключенным последовательно с блоками питания ламп накачки.

Применение сглаживающих фильтров снижает в 4-5 раз относительную глубину колебаний мощности накачки, частота которых равна частоте электрической сети, 50 Гц. Это исключает влияние частоты электропитания, являющейся в прототипе задающей, на режим генерации лазера с трехзеркальным неустойчивым резонатором. Введение электронного модуля позволяет наложить на полученное стабилизированное напряжение новые электрические колебания с амплитудой в 10² - 10³ раз меньше амплитуды постоянного напряжения и получить новый режим генерации, задаваемый электронным модулем. Таким образом, в отличие от прототипа, где частота следования цугов ограничена частотой колебаний электрической сети (50 Гц), в предлагаемом устройстве частоту следования цугов отдельных импульсов и их длительность можно с помощью регулировки электронного модуля изменять в широких пределах.

На чертеже приведена схема лазерного генерационного устройства одномодового излучения.

Устройство содержит закрепленные неподвижно на основании по ходу светового пучка выпуклое глухое зеркало 1, активный элемент 2, пассивный лазерный затвор 3, пропускающее концевое зеркало 4, образующие задающий генератор, активные элементы 5, 6 и 7 и выпуклое пропускающее зеркало 8, образующие линейный многопроходный усилитель, а также лампы накачки активных элементов 9, 10, 11 и 12, блоки питания 13 и 14 с электрическими сглаживающими фильтрами 15 и 16 и электронный модуль 17, состоящий из задающего генератора и согласующего трансформатора.

Устройство работает следующим образом.

Непрерывная мощность накачки от блоков питания 13 и 14 дополнительно стабилизируется электрическими сглаживающими фильтрами 15, 16 и подается на лампы накачки 9, 10, 11, 12. Электронный модуль 17 генерирует импульсы с заданной частотой, длительностью и амплитудой, которые также подаются на лампы накачки 9, 10, 11, 12. Таким образом, электропитание ламп накачки оказывается частично модулированным с глубиной, задаваемой регулировкой амплитуды импульсов, поступающих с электронного модуля. При оптической накачке активных элементов 2, 5, 6, и 7 электрическими лампами 9, 10, 11, 12 возникают релаксационные колебания инверсной населенности. Это приводит к колебаниям мощности излучения задающего генератора, образованного активным элементом 2 и зеркалами 1, 4, с относительной амплитудой в 3 - 5 раз выше относительной амплитуды колебаний мощности накачки, которая на порядок увеличивается многопроходным усилителем, образованным активными элементами 5 - 7 и зеркалами 4, 8, а также за счет обратной связи в оптически связанных резонаторах. В результате выходное излучение представляет собой совокупное непрерывное и импульсно-периодическое оптическое излучение с глубиной модуляции до 50 - 80%. Модуляция потерь резонатора с помощью пассивного затвора 3 вследствие его периодического самопросветления сопровождается полной модуляцией колебаний мощности излучения и генерацией цугов эквидистантных импульсов, следующих с частотой, задаваемой электронным модулем 17. При этом частота следования импульсов в цуге и их длительность определяются начальным пропусканием пассивного затвора 3 на длине волны генерации лазера.

Выделение основной поперечной моды осуществляется путем перемещения выпуклого глухого зеркала 1, радиус кривизны которого выбирается экспериментально, вдоль оптической оси резонатора так, чтобы диаметр пятна нулевой моды равнялся диаметру активного элемента, а также за счет экспериментального подбора радиуса кривизны выпуклого пропускающего зеркала 8 для улучшения оптической развязки между задающим генератором и многопроходным усилителем. Селекция продольных мод осуществляется путем перемещения пропускающего зеркала 8 вдоль оптической оси резонатора для согласования длин оптически связанных резонаторов.

Формула изобретения

Лазерное генерационное устройство одномодового излучения, содержащее трехзеркальный неустойчивый резонатор, активный элемент и пассивный затвор, установленные между выпуклым глухим и плоским пропускающим зеркалами резонатора, один или несколько активных элементов, установленных между плоским и выпуклом пропускающими зеркалами резонатора, и блоки питания ламп накачки с постоянным напряжением, отличающееся тем, что оно снабжено сглаживающими электрическими фильтрами, связанными с блоками питания ламп накачки и регулируемым электронным модулем с переменным напряжением, подключенным последовательно с блоками питания ламп накачки.

РИСУНКИ

Рисунок 1