Оптический квантовый генератор

 

ОПТИЧЕСКИЙ КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий активный элемент, двулучепреломляющую призму и электрооптический модуляционный элемент, последовательно размещенные на одной оси в основном резонаторе, образованном двумя отражателями, селектирующие элементы и фотоприемник, выход которого через электронное устройство подключен к электрооптическому модуляционному элементу, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности генерируемого одномодового излучения, в него введен отражатель, образующий с отражателями основного резонатора дополнительньй резонатор, оптически связанный с основным резонатором через двулучепреломляющую призму, при этом селектирующие элементы расположены в дополнительном резонаторе а фотоприемник на выходе последнего.S(ЛюелО9 СО ts9 СЛ •^

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 533257 (51)4 Н 01 S 3/082

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2097440/25 (22) 17.01.75 (46) 30.08.85. Бюл. № 32 (72) В.А.Пилипович, A.À.Ковалев, Ю.В.Развин, Б.Н.Тюшкевич и Л.В.Левашкевич (71) Институт электроники АН БССР (53) 621.375.8 (088.8) (56) 1. Микаэлян. А.Л., Турков Ю.Г.

Радиотехника и электроника, 1964, т. 9, ¹ 4, с. 744.

2. Исянова E.Ä. и др. ЖПС, 1970, т. 12, № 5, с. 834.

3. Hanna D.Ñ. и др. "Electronics

Letters", 1972, 8, с. 369-370. (54) (57) ОПТИЧЕСКИЙ КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий активный элемент, двулучепреломляющую призму и электрооптический модуляционный элемент, последовательно размещенные на одной оси в основном резонаторе, образованном двумя отражателями, селектирующие элементы и фотоприемник, выход которого через электронное устройство подключен к электрооптическому модуляционному элементу, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности генерируемого одномодового излучения, в него введен отражатель, образующий с отражателями основного резонатора дополнительный резонатор, оптически связанный с основным резонатором через двулучепреломляющую призму, при этом селектирующие элементы расположены в дополнительном резонаторе а фотоприемник на выходе последнего.

533257

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в качестве импульсного источника когерентного узкополосного оптического излучения в светолокации, многоэкспозиционной голографии, дальнометрии и других областях, где требуются оптические квантовые генераторы {ОКГ}, характеризующиеся минимальной шириной спектра генерируемого излучения.

В ОКГ с активной модуляцией добротности гигантский импульс формируется непосредственно из широкополосного спонтанного шума, а сравнительно малая длительность периода формирования моноимпульса, определяемая егО передним фронтом, не позволяет осуществлять достаточно сильную дискриминацию типов колебаний и сужение спектра. Поэтому довольно широкое распространение получили

ОКГ с активной модуляцией потерь, в которых сужение спектра излучения достигается с помощью искусственного увеличения времени формирования импульса генерации на начальном этапе за счет различных способов включения добротности резонатора. Известны устройства, в которых это достигается за счет медленного включения добротности (l) . Основным недостатком ОКГ с медленным включением добротности является существенное ухудшение энергетических параметров излучения, вызванное малой скоростью выключения потерь в резонаторе.

Известны также устройства ОКГ,. в которых увеличение времени формирования импульса генерации достигается эа счет ступенчатого включения добротности (2) .

Из известных устройств наиболее близким является ОКГ (3),создающий когерентное излучение в форме гигантских импульсов, который содержит активный элемент, двулучепреломляющую призму и электрооптический модуляционный элемент, последовательно размещенные на одной оси в резонаторе, образованном двумя отражателями, селектирующие элементы и фотоприемник, выход которого через электронное устройство подключен к электрооптическому модуляционному элементу.

С помощю данного устройства достигается е,е более удлиненное время формирования импульса генерации и, как результат, повышение эффективности селекции мод.

Наличие в резонаторе ОКГ селектирующих элементов, таких как диафрагма и наклонный покрытый эталон, приводит к дополнительным потерям, что снижает выходную мощность ОКГ, его

КПД, спектральную яркость излучения.

Целью изобретения является созда1Î ние устройства ОКГ с электрооптическим затвором с более высоким значением мощности генерируемого одномодового излучения.

Цель достигается тем, что в устIIS роиство введен вспомогательный отражатель, образующий совместно с отражателями основного резонатора ОКГ дополнительный резонатор цля излучения активного тела на начальной стадии при выключенном электрооптическом затворе, и все селектирующие элементы вынесены в дополнительный резонатор за пределы основного. Дополнительный и основной резонаторы

25 оптически связаны через двулучепреломляющую призму, а фотоприемник включен на выходе дополнительного резонатора.

На чертеже изображена схема предЗО лагаемого устройства.

Устройство содержит четвертьволновый электрооптический затвор, состоящий из четвертьволнового модуляционного элемента 1 и двулучецреЗ5 ломляющей призмы 2, которые вместе с активным элементом 3 помещены в основной резонатор, образованный выходным отражателем 4 и отражателем

5 со 100Х-ным отражением. Вспомога40 тельный отражатель 6 при выключенном электрооптическом затворе (т.е. при четвертьволновом напряжении на электродах эпектрооптического моду— ляционного элемента) совместно с

45 отражателями основного резонатора образует дополнительный резонатор, в котором помещены селектирующие элементы: диафрагма 7 и покрытый наклонный эталон 8. Сигналом фотоприемника 9 запускается электронное устройство 10, вырабатывающее управляющий импульс для электрооптического модуляционного элемента.

Принцип действия устройства со55 стоит в следующем.

Через двулучепреломляющую призму

2 проходит лишь горизонтальная составляющая излучения активного тела

533257

3, вектор поляризации которой повоо рачивается на 90 при двойном прохождении через электрооптический модуляционный элемент 1 и при отражении от отражателя 5, если к электродам модуляционного элемента приложено четвертьволновое напряжение, и не поворачивается при отсутствии напряжения на электродах (т.е. при включенном затворе, поскольку в дан.

1О ной схеме добротность резонатора включается при сбросе высокого напряжения с электродов электрооптического модуляционного элемента).

В первом случае излучение с помощью двулучепреломляющей призмы 2 выводится из основного резонатора. При увеличении коэффициента усиления в активном элементе 3 до уровня потерь в дополнительном резонаторе, образованном отражателями 4, 5 и 6, в нем развивается пичок свободной генерации. Низкоуровневые потери дополнительного резонатора определяются внутренними потерями в ОКГ, а также коэффициентами отражения выходного отражателя 4 и дополнительного 6. При наличии в дополнительном резонаторе элементов (диафрагма 7, покрытый наклонный эталон 8), 3р селектирующих как поперечные, так и продольные типы колебаний, вслед— ствие большой длительности пичка свободной генерации происходит эффективное сужение спектра излучения.

Излучение пичка свободной генерации контролируется фотоприемником 9, сигналом которого запускается электрон— ное устройство 10, вырабатывающее управляющий импульс для электроопти- 4р ческого модуляционного элемента 1.

При включении добротности (сбросе четвертьволнового напряжения с электродов) излучение проходит через электрооптический модуляционный эле- 4 мент, не меняя направления вектора поляризации, и моноимпульс, вырастая вследствие захвата частот из одномодового излучения свободной генерации, развивается в основном резона- gp торе, образованном отражателями 4 и 5, в котором исключены потери, связанные с наличием в резонаторе селектирую— щих элементов.

Вьппе описано устройство ОКГ с четвертьволновым электрооптическим затвором. Следует отметить, что пред. лагаемое устройство может быть осуществлено и с другими. конструкциями электрооптических затворов и различными типами двулучепреломляющих призм, недостатки и преимущества таких ТКГ друг перед другом определяются характеристиками самих электрооптических затворов.

Таким образом, в предложенном устройстве начальный этап генерации происходит в дополнительном резонаторе, где вследствие наличия селектирующих ° элементов производится эффективная селекция мод и выделение одномодового излучения, а формирование гигантского импульса одномодового излучения до максимального значения при включении электрооптического затвора происходит в основном резонаторе.

Узкополосное излучение пичка свободной генерации, полученное на начальной стадии генерации в дополнительном резонаторе, является "затра1< вочным для генерации гигантского импульса, обеспечивая тем самым минимальную ширину спектра излучения гигантского импульса. Поскольку селектирующие элементы находятся за пределами основного резонатора, то они не вносят дополнительных потерь в резонатор и сами не подвергаются воздействию мощного лазерного излучения.

Все вьппесказанное выгодно отличает предложенный ОКГ от известных.

Вынесение элементов, селектирующих поперечные типы колебаний (например, диафрагма) в дополнительный резонатор, за пределы основного, позволяет также существенно увеличить рабочий

I объем активного тела при генерации гигантского импульса. Таким образом, в описываемом устройстве ОКГ представляется возможным существенное увеличение выходной мощности, спектральной яркости излучения и КПД ОКГ.

Кроме того, поскольку селектирующие элементы находятся в дополнительном резонаторе, в котором развивается лишь пичок свободной генерации, то исключается возможность повреждения их при генерации моноимпульсов высокой мощности, а также, поскольку пичком свободной генерации эталоны, используемые для селекции продольных типов колебаний, разогреваются значительно меньше, облегчается стабилизация частоты излучения при работе

ОКГ в частотном режиме.