Неустойчивый кольцевой резонатор
Владельцы патента RU 2368046:
Ананин Вячеслав Николаевич (RU)
Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (RU)
Неустойчивый кольцевой резонатор состоит из двух частей, образующих оптический путь резонатора. Одна часть, фильтрующая, содержит систему зеркал и диафрагм, имеющих линейную апертуру, а вторая содержит усиливающую среду, два или несколько поворотных зеркал и выводящее зеркало с отверстием в его центральной части. Фильтрующая часть выполнена в виде пары зеркал со сферической отражающей поверхностью, нормали к центрам отражающих поверхностей которых ортогональны. Первое зеркало, формирующее форму поперечного сечения излучения для фильтрации, установлено под углом по отношению к падающему на него излучению, далее установлены первая и вторая диафрагмы. Второе зеркало установлено после второй диафрагмы под углом по отношению к падающему на него излучению, обеспечивающим компенсацию астигматизма, вносимого первым зеркалом. Технический результат - обеспечение фильтрации нежелательных мод высшего порядка при сравнительно высокой стабильности юстировки. 2 ил.
Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к оптическим резонаторам мощных лазеров, которые могут использоваться в машиностроении, например при резке металлов.
Известен (патент SU №3969688 от 14.04.75, МПК H01S 3/083) "Неустойчивый резонатор бегущей волны для лазеров с радиальным течением", представляющий собой систему, состоящую из двух частей. Первая часть является фильтрующей. Она состоит из сферического зеркала и диафрагмы с круговой апертурой. Диафрагма располагается в фокусе сферического зеркала. Она обеспечивает фильтрацию нежелательных мод высшего порядка. Вторая часть состоит из среды усиления и системы вывода излучения. Система вывода излучения выполнена в виде зеркала с отверстием в его центральной части, расположенного под углом к падающему на него излучению.
Недостатком резонатора является то, что его применение возможно для лазеров с относительно низкой мощностью, где плотность энергии в фокальной точке является достаточно низкой для осуществления пространственной фильтрации.
Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является (патент SU №4135787 от 23.01.79, МПК H01S 3/083) "Неустойчивый кольцевой резонатор с цилиндрическими зеркалами", представляющий собой систему, состоящую из двух частей. Первая часть состоит из четырех цилиндрических зеркал и двух диафрагм с линейной апертурой. Диафрагмы расположены в фокусах цилиндрических зеркал. Первая часть осуществляет ограничение поперечных мод, увеличение луча и улучшение качества излучения. Вторая часть содержит усиливающую среду и систему вывода излучения. Система вывода излучения выполнена в виде зеркала с отверстием в его центральной части, расположенного под углом к падающему на него излучению.
Недостатком резонатора является относительно большое количество зеркал и, как следствие, относительно низкая стабильность юстировки и относительно высокая стоимость.
Решаемой задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции резонатора, повышение стабильности настройки и снижение стоимости его изготовления.
Техническим результатом данного изобретения является получение резонатора, обеспечивающего фильтрацию нежелательных мод высшего порядка при сравнительно высокой стабильности юстировки и сравнительно низкой стоимости его изготовления.
Неустойчивый кольцевой резонатор состоит из двух частей, образующих оптический путь резонатора. Первая часть - фильтрующая содержит систему зеркал и диафрагм, имеющих линейную апертуру, а вторая содержит усиливающую среду, два или несколько поворотных зеркал и выводящее зеркало с отверстием в его центральной части. Фильтрующая часть выполнена в виде пары зеркал со сферической отражающей поверхностью, нормали к центрам отражающих поверхностей которых ортогональны. Первое зеркало установлено под углом по отношению к падающему на него излучению. Оно формирует форму поперечного сечения излучения для фильтрации. А второе зеркало установлено после второй диафрагмы под углом по отношению к падающему на него излучению, обеспечивающим компенсацию астигматизма, вносимого первым зеркалом.
Для пояснения технической сущности предполагаемого изобретения рассмотрим чертежи:
на фиг.1 приведена схема рассматриваемого резонатора;
на фиг.2 приведены расположения первого и второго зеркал со сферической поверхностью и поперечные сечения излучения, отраженного от первого зеркала со сферической поверхностью в месте установки диафрагм;
где:
1 - первое зеркало со сферической поверхностью;
2 - диафрагма с линейной апертурой;
3 - диафрагма с линейной апертурой;
4 - второе зеркало со сферической поверхностью;
5 - среда накачки;
6 - поворотные плоские зеркала;
7 - выводное зеркало с отверстием в его центральной части.
Данный резонатор работает следующим образом:
Излучение с формой круга диаметром d в поперечном сечении падает на первое зеркало 1 (см. фиг.1) со сферической поверхностью радиуса R1 под углом φ1. После отражения от него, на расстоянии за счет носимого астигматизма излучение имеет формы поперечного сечения, показанные на фиг.2. В этих местах устанавливаются диафрагмы 2 и 3. Далее расходящееся излучение падает на второе зеркало 4 со сферической поверхностью радиуса R2 под углом φ2, причем 
(см. фиг.2). А расстояние между зеркалами 1 и 4 
Второе зеркало обеспечивает компенсацию астигматизма, вносимого первым зеркалом. Отраженное от второго зеркала со сферической поверхностью излучение имеет форму круга в поперечном сечении и направляется через усиливающую среду 5 и поворотные зеркала 6 к выводному зеркалу 7. Часть излучения, отражаясь от выводного зеркала, выходит из резонатора. Другая часть проходит через отверстие в выводном зеркале, попадает на первое зеркало со сферической поверхностью и повторяет вышеописанный путь.
Преимуществом данного изобретения по сравнению с известными аналогами является простота конструкции - фильтрация осуществляется с использованием двух, но не более, зеркал. Поэтому резонатор обладает относительно высокой стабильностью юстировки. В результате упрощения схемы резонатора также снижается стоимость его изготовления.
Неустойчивый кольцевой резонатор, состоящий из двух частей, образующих оптический путь резонатора, одна из которых, фильтрующая, содержит систему зеркал и диафрагм, имеющих линейную апертуру, а вторая содержит усиливающую среду, два или несколько поворотных зеркал и выводящее зеркало с отверстием в его центральной части, отличающийся тем, что фильтрующая часть выполнена в виде пары зеркал со сферической отражающей поверхностью, нормали к центрам отражающих поверхностей которых ортогональны, причем первое зеркало, формирующее форму поперечного сечения излучения для фильтрации, установлено под углом по отношению к падающему на него излучению, далее установлены первая и вторая диафрагмы, второе зеркало установлено после второй диафрагмы под углом по отношению к падающему на него излучению, обеспечивающим компенсацию астигматизма, вносимого первым зеркалом.
