Лазер с перестраевымым спектром генерации
Сеюз Севетснни
Сецюаанстнчеенни
РЕЕПУВПНК
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (5т} Дополнительное к авт. свнд-ву(22) Заявлено 0104.76 (21) 2343276/18-25 с присоединением заявки М— (23) ПрнорнтетОпу5диковано 250379.бюллетень,%11
Дата оп бликования описания 250379
Н 01 S 3/00 Государственный ыомитет СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДМ 621. 375.8 (088,8) р И306рЕтЕНИЯ P.È.Ñoëîóõèê, l0.A.ßêoáè и Е. И, Вязович Институт теоретической и прикладной механики Сибирского отделения АН СССР (54) ЛАЗЕР С ПЕРЕСТРАИВАЕМЬЛ СПЕКТРОМ ГЕНЕРАЦИИ Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в спектроскопии, Фотохимии, голографии, метеорологии. Известны перестраиваемые лазеры, состоящие иэ источника накачки, активной среды, в которой возбуждается инверсия на различных спектральных переходах, и резонатора, содержащего зеркала и дисперсионный элемент ° Наиболее распространено использование для этой цели дифракционной решетки, которая может вращаться вокруг оси, перпендикулярной к оси лазера. При этом последователь- 1о но создаются условия для генерации различных длин волн. Однако в этих устройствах наблюдается ограничение мгновенного спектра генерации лишь одной длиной вол- 3) ны, единственность монотонной по длйнам волн последовательности включения генерации, большая критичность к стабилизации оси вращения решетки . Известны также перестраиваемые 25 лазеры, состоящие из источника накачки, активной среды, в которой может возбуждаться инверсия на различных спектральных переходах, маски, резонатора, содержащего зеркало, делитель- @ ную пластинку и две дифракционные решетки. Решетки используются для одновременной генерации двух спектральны линий, а их последовательное включение осуществляется путем перемещения вдоль направления дйсперсии маски, выполненной в виде диска с прорезью, насаженного на вал мотора. При установке большого количества решеток, очевидно, возможно выделение и большего числа длин волн. Однако количество решеток ограничено как их собственными размерами, так и размерами юстировочных узлов. Эти устройства устраняют указанные выше недостатки применительно только к ограниченному набору длин волн,определяемому положением решеток, причем достигается это путем существенного усложнения конструкции и юстировки лазера. Переход к другому набору длин волн связан с необходимостью перемещения решеток или других элементов резонатора и требует либо дополнительной юстировки, либо высокой степени стабилизации положения осей вращения относительно других элементов резонатора, что на больших скоростях является сложной технической (з адачей . Цель изобретения — формирование и перестройка произвольного спектра генерации в пределах спектра усиления без изменения положения элементов резонатора и без увеличения их числа пропорционально числу выделяемых длин волн. Для этого в известном лазере с перестраиваемым спектром генерации, содержащем источник накачки, активную среду, в которой возбуждается инверсия иа различных спектральных о переходах, маску с прорезями и резонатор, включающий одну дифракционную решетку, между решеткой и одним из автоколлимационных (т.е.установленных перпендикулярно оси лазера) зер- >> кал резонатора установлен изображающий оптический элемент (например, зеркало или линза) так, что фокусное расстояние элемента равно его расстоянию от зеркала. Введение это- 20 го элемента резко улучшает разделе-! ние монохроматических пучков вблизи поверхности автоколлимационного зеркала, расположенного так, что центр его кривизны совмещен с изображением 25 точки пересечения поверхности решетки и оси лазера, которое создается изображающим оптическим элементом. Благодаря этому выполняется условие нормального(по радиусам зеркала) 3О падения всех монохроматических пучков, идущих от решетки, на автоколлимационное зеркало. Поэтому они отражаются назад по первоначальному направлению и,таким образом, создают- 3 35 ся условия для их генерации, что в сочетании с.хорошим пространственным спектральным разрешением монохроматических мод, перетяжки которых расположены вблизи автоколлимационного зеркала, позволяет выделять произволь-4О ные спектральные диапазоны генерации в пределах спектра усиления путем пространственной фильтрации. Для этого перед автоколлимационным зеркалом ,установлена маска, прорези на которой45 снабжены неселективными оптическими аттенюаторами и расположены произвольно на площади, один из размеров которой, ориентированный вдоль направления дисперсии, совпадает с шириной щ спектра усиления, а второй — с диапазоном перемещения маски. Перемещение маски в направлении, перпендикулярном дисперсии, позволяет осуществлять произвольную во времени перестройку спектра. Генерация на различных длинах волн в лазерах зачастую не бывает независимой либо из-за наличия общих уровней, либо из-за межмолекулярного взаимодействия. Для выравнивания порогов генерации и возбуждения генерации одновременно на всех выделенных длинах волн в соответствующие вырезы маски встроены неселективные оптические аттенюаторы. К аттенюаторам не Я предъявляются требования спектральной избирательности, они должны лишь быть прозрачны для всех выбранных длин волн и, в подавляющем большинстве, могут быть выполнены из одного и того же материала. Аттенюаторы могут быть использованы также для создания необходимого соотношения интенсивностей генерации на различных длинах волн. Они могут быть выполнены в виде плоскопараллельных прозрачных пластин, встроенных в вырезы маски на шарнирах. Поскольку потери излучения вследствие отражения зависят от ориентации пластин, поворот пластин изменяет интенсивность соответствующих спектральных модНа фиг.1 схематически изображен предлагаемый лазер; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1. Лазер состоит из активной среды 1, источника 2 накачки, автоколлимационных зеркал 3 и 4, плоской дифракционной решетки 5, изображающего зеркала 6, маски 7, выполненной в виде диска, насаженного на вал мотора, мотора 8, оптических аттенюаторов 9 и шарниров 10. Активная среда 1 и источник 2 на— качки подобраны так, что создается инверсия на различных спектральных переходах. Зеркало 3 является выходным. Решетка 5 расположена неавтоколлимационно. Зеркало 6 строит изображение точки пересечения поверхности ,Решетки и оси лазера в точке о и расположено так, что расстояние (между ним и зеркалом 4 равно фокусному расстоянию f зеркала 6, а расстояние между зеркалом 4 и точкой О равно радиусу кривизны Я зеркала 4. Излучение, идущее от плоского выходного зеркала 3, дифрагирует на решетке. Возникающие при этом монохроматические пучки фокусируются зеркалом 6 на поверхности зеркала 4 и отражаются от него в противоположных направлениях обратно к зеркалу 3. Спектр генерации задается положением вырезов на диске и ориентацией аттенюаторов 9.Перестройка спектра осуществляется вращением диска и может производиться с большей скоростью, так как не предъявляется практически никаких требований к стабильности положения оси вращения и жесткости диска. Технико-экономический эффект подтверждается результатами проведенных экспериментальных исследований и заключением предприятия. Формула изобретения Лазер с перестраиваемым спектром генерации, содержащий источник накачки, активную среду, маску с про594842 Фи Составитель О.Залипаев Редактор Т.Колодцева Техрад Э.Чужик Корректор С.Шекмар Заказ 1133/1 Тираж 922 Подписное ЦНИИПИ Государственного .комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, X-35, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП Патент, r.Óìãîðîä, ул. Проектная, 4 резями, резонатор, включающий одну дифракционную решетку, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью формирования и перестройки произвольного спектра генерации в пределах спектра усиления беэ изменения положения элементов резонатора и беэ увеличения их числа пропорционально числу выделяемых длин волн, он снабжен изображающим оптическим элементом, расположенным между решеткой и одним иэ зеркал резонатора так, что фокусное расстояние элемента равно его расстоянию от зеркала, расположенного так, что центр кривизны последнего совмещен с изображением точки 5 пересечения поверхности решетки и оси лазера, а прорези на маске снабжены неселективными оптическими аттенюаторами.
