Оптически накачиваемый волноводный субмиллиметровый лазер

 

Изобретение относится к квантовым устройствам, предназначенным для увеличения диапазона генерации субмиллиметрового (СММ) излучения и числа линий генерации и может найти применение в экспериментальной физике, медицине, экологии. Задачей изобретения является расширение возможности работы СММ-лазера по генерации различных частот сменой рабочего вещества с использованием резервуаров, содержащих разные вещества и расположенных на самом лазере. Смена рабочего вещества происходит путем охлаждения резервуара до температуры жидкого азота и вымораживания его с последующим напуском из другого резервуара, что позволяет оперативно менять активные среды и получать СММ-генерацию на различных частотах. 1 ил.

Изобретение относится к квантовым устройствам, предназначенным для генерирования субмиллиметрового излучения в широком диапазоне спектра с использованием в качестве накачки лазера оптического диапазона, и может найти применение в экспериментальной физике, например, при измерении лазерных частот, диагностике плазмы, спектроскопии, а также в других областях, например, медицине и экологии.

Известен субмиллиметровый (СММ) лазер с волноводом и рабочим газом, резонатором, образованным зеркалами с отверстиями связи для ввода излучения накачки и вывода субмиллиметрового излучения (см. A.C. N 713469, МКИ H 01 S 3/094).

Известен также СММ-лазер с оптической накачкой, содержащий резонатор с активной средой и двумя зеркалами в герметичном корпусе (см, А.С. N 1263161 А1, МКИ H 01 S 3/0943 - прототип).

Недостатком данных устройств является невозможность генерации СММ-лазеров на других частотах, расширения диапазона генерации, поскольку такие лазеры работают на одной или нескольких частотах при соответствующих линиях накачки на одном и том же рабочем веществе. Получение генерации СММ-излучения на других частотах возможно только при смене активной среды в резонаторе путем откачки рабочего газа и, последующим, заполнением резонатора другой активной средой, присоединением к откачной системе и наполнительному стенду, что требует дополнительных затрат, увеличивает габариты систем, создает неудобство при эксплуатации, в результате чего их применение ограничено.

Целью изобретения является расширение возможности работы СММ- лазера по генерации различных частот в широком диапазоне спектра путем замены активной рабочей среды с использованием резервуаров, содержащих различные рабочие вещества, и расположенных на самом лазере.

Цель достигается тем, что в волноводном СММ-лазере, содержащем волновод с активной средой, и перестраиваемый резонатор, образованный зеркалами с отверстиями связи, прикрепленные к юстировочным головкам и расположенными в герметичном металлическом корпусе, содержится несколько резервуаров, наполненных различными рабочими веществами, находящиеся в жидком или газообразном состоянии. Резервуары выполнены в виде миниатюрных сосудов Дьюара из нержавеющей стали, в которых предусмотрена возможность охлаждения их жидким азотом.

На чертеже изображен общий вид устройства.

Субмиллиметровый квантовый генератор содержит инваровую трубу 1 с намотанной на ней магнитострикционной катушкой, волновод 2 с активной средой, расположенный в этой трубе, резонатор, образованный двумя зеркалами, одно из которых имеет золотое покрытие с отверстием связи 3 для ввода излучения накачки, другое - интерференционное 4 из кремния или кристаллического кварца толщиной ~ 0.3 мм с отверстием связи для вывода субмиллиметрового излучения, юстировочные головки 5, герметизирующее окно из ZnSe 6, прозрачное для излучения накачки, герметизирующее окно 7 из кристаллического кварца, прозрачное для СММ-излучения, дифференциальный микровинт 8 для подстройки резонатора, датчик давления 8, стойки 10, на которых закреплена инваровая труба 1, резервуары с активными средами 11 и вентилями 12, присоединенными к инварной трубе.

Устройство работает следующим образом.

Изучение лазера накачки, совпадающее с частотой поглощения рабочего вещества СММ-лазера, проходя через отверстие связи зеркала 3, резонансно возбуждает колебательное состояние нижнего уровня молекул и переводит часть их на верхний возбужденный уровень, создавая, таким образом, инверсную заселенность и способствуя возникновению субмиллиметровой генерациии на частоте перехода ν₁ между вращательными подуровнями при выставленных зеркалах резонатора 3 и 4. СММ-излучение выводится через отверстие связи в зеркале 4, которое перемещается параллельно вдоль оптической оси с помощью дифференциального щита 8 для подстройки излучения на максимум мощности.

Частоту излучения СММ-лазера можно изменить посредством смены рабочего вещества в резонаторе. Для этого один из резервуаров 11, в котором находится рабочее вещество, охлаждается до температуры жидкого азота, открывается вентиль 12 и рабочее вещество откачивается в резервуар 11 и вентиль 12 закрывается. Из другого резервуара с другим рабочим веществом посредством вентиля производится напуск рабочего вещества до необходимого давления, контролируемого с помощью датчика 9. Лазер накачки настраивается на частоту поглощения данного рабочего вещества и с помощью дифференциального щита 8 зеркало 4 перемещается до получения СММ- генерации на частоте перехода ν₂. Аналогичная процедура проводится для получения СММ-генерации на частоте перехода ν₃ и т.д.

Таким образом, предложенное устройство, сохраняя преимущества прототипа, позволяет оперативно менять активные среды и, как следствие, получать субмиллиметровую генерацию на различных частотах, что важно, например, при использовании его для различных целей в качестве транспортабельного СММ-лазера. Предложенное устройство удобно в эксплуатации, весьма компактно, не требует дорогостоящего оборудования для откачки и наполнения активной средой субмиллиметрового резонатора, т. е. способно работать в автономном режиме.

Формула изобретения

Оптически накачиваемый волноводный субмиллиметровый лазер в металлическом корпусе с внутренним перестраиваемым оптическим резонатором, образованным зеркалами с отверстиями связи, содержащий также волновод, юстировочные головки, герметизирующие окна, дифференциальные винты и датчик давления, отличающийся тем, что он содержит резервуары, заполненные рабочими веществами, выполненные в виде миниатюрных сосудов Дьюара из нержавеющей стали, охлаждаемые при смене активных сред жидким азотом, с металлическими вентилями для напуска рабочего газа, присоединенными к корпусу субмиллиметрового лазера.

РИСУНКИ

Рисунок 1