Лазер с акустической распределенной обратной связью

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Уесиубиик (6l) Дополнительиое и авт. свий-Ву (22) Заявлеио020675 (23) 2139792/18-25 с присоедииеиием заявки _#_a (ЬЦ AL КЛ.

Н 01 8 3/18

Государственный номнтет

СССР но делам нзобретеннй и открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 15.0379. Бюллетеиь % 10 (Щ УЛК 621.375. 8 (088. 8) Дата опубликования оиисаиии 150379 (72) Авторы изобретении

Ю.В.Гуляев и Г.Н.Шкердин

Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР (5 4 ) ЛАЗЕР С АКУСТИЧЕСКОЙ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ

ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Изобретение относится к твердотельным генераторам когерентного электромагнитного излучения.

Известны полупроводниковые инжекционные гетеролаэеры с распределенной обратной связью, которые содержат активную среду в виде полупроводникового кристалла, устройство накачки и устройство для создания обратной связи в кристалле в виде статической дифракционной решетки, расположенной вдоль активного слоя кристалла. Однако невозможно в процессе работы осуществлять перестройку параметров данного лазера.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является полупроводниковый лазер, содержащий активный элемент в виде кристалла, отражающий слой, нанесенный на торец кристалла, и электроакустический преобразователь, находящийся s контакте с отражающим слоем.

К недостаткам этого устройства можно отнести невозможность получения двух пространственно разделенных лучей с управляемым сдвигом частот, а также невозможность управления частотной модуляцией лазерного излучения.

ЗО

Цель изобретения — получение двух пространственно .разделенных лучей с управляемым сдвигом частот, а также обеспечение вазможности управляемой частотной модуляции лазерного излучения.

Указанная цель достигается тем, что в лазере с акустической распределенной обратной связью, содержащем активную среду в виде кристалла, устройства накачки и устройство для создания распределенной обратной связи, содержащее электроакустический преобразователь, соединенный с генератором высокочастотных колебаний, электроакустический преобразователь установлен в непосредственном механическом контакте с торцом кристалла.

На чертеже изображена схема предлагаемого лазера.

Лазер содержит генератор 1 высокочастотных колебаний, соединенный с электроакустическим преобразователем 2, который расположен на торце активного слоя 3 кристалла 4.

Активный слой 3 может быть таким, как например, в инжекционном лазере, или занимать весь объем кристалла 4, как, например, в рубиновом паз ере.

622378

Предлагаемый лазер работает следующим образом.

С помощью ° генератора 1 высокочастотных колебаний и электроакустического преобразователя 2 в активном слое 3 кристалла возбуждают звуковую волну с частотой Л.=2 KV (К вЂ” вол

5 новой вектор электромагнитного излучения в активном слое; V — скорость звука) . При этом акустическая волна, распространяющаяся вдоль активного слоя 3, меняет диэлектрическую проницаемость Е активного слоя, создавая тем самым -динамическую дифракционную решетку, колеблющуюся во времени с периодом звуковой волны. Наличие такой решетки обеспечивает возникновение распределенной обратной связи в активном слое кристалла, что при достижении порогового уровня накачки приводит к генерации электромагнитного излучения, 20 распространяющегося вдоль активного слоя. Частота этого излучения зависит от параметров звуковой волны, таких как частота и амплитуда, а также от длины активного слоя крис; талла. В частности при достаточно мощнойй з вук ов ой волн е, когда /2" /«1, где L - -длина активного слоя;

h8 2@ 1

hE - амплитуда модуляции Е> звуковой волной

g - волновой вектор звука, выражение для собственных частот генерации лазера имеет следующий вид .

Яйд г

Wn = 0 и+ай<1+ )), и >

2 qQ ° где R о с — 4 и =+1,+2,+3, ° ° °; с — скОрость света в вакууме.

Из выражения (1) видно, что частота излучения лазерных мод, зависит от M . ДЛя получения частотной модуляции лазерного излучения необходимо работать в режиме частотно стоячей звуковой волны, когда, например 50 д К = 6Во(1+В соз 2Ы), где 0 cgcl - коэффициент стоячести звуковой волны.

В этом случае ввиду модуляции величины Ь звуковой волной, аналогич- 55 но модулируется звуком величины Ъ/п.

Оценки показывают, что за счет фотоупругости при помощи звука вт

W-1 — 100 --, возможно достижение см1 величины hR 10 — 10, т . е, при 60 разумных мощностях звуковой волны возможна генерация частотномодули. рованного излучения с амплитудой модул яции

/ — -/ 10 — 10 З при 1. >5 ï

Следует отметить, что амплитуда модуляции частоты излучения лазер зависит от амплитуды звуковой волны, как это видно из выражения (1), т.е, изменением амплитуды звуковой волны (или коэффициента стоячести) легко менять глубину модуляции частоты лазерного излучения.

Необходимо также отметить, что генерация лазерного излучения возможна и при частоте звуковой волны

Я<Я, =ЯК9 . При этом, вообще говоря, будет. генерироваться электромагнитное излучение, распространяющееся под углом к продольной оси активного слоя, анализ распределения поля излучения в лазере с акустической распределенной обратной связью, пока-зывает, что частота электромагнитной волны, распространяющейся вдоль направления распространения волны, на величину Я ., больше частоты электромагнитной волны, распространяющейся в направлении, протнвоположном распространению звука. Это обусловлено тем, что при отражении электромагнитной волны от звука, частота электромагнитной волны понижается на частоту звука, если направление электромагнитной и звуковой волн совпадают, и соответственно частота электромагнитной волны повышается на частоту звука, если направления электромагнитной и звуковой волн противоположны, что следует иэ законов сохранения энергии в элементарных актах поглощения и испускания фононов фотонами.

Таким образом, частоты излучения лазера, выходящего с противоположных торцов активной области сдвинуты на частоту звука, т.е ° предлагаемый лазер генерирует излучение, состоящее из двух пространственно разделенных потоков электромагнитных волн разных частот, причем сдвиг частот излучения можно менять изменением частоты звуковой волны.

К преимуществам предлагаемого устройства лазера следует также отнести -воэможность перестройки частоты излучения (в пределах области активности среды) и интенсивности излучения лазера изменением частоты и интенсивности звуковой волны.

Формула из обретени я лазер с акустической распределенной обратной связью, содержащий активную зону в виде кристалла, устройство накачки и устройство для создания распределенной обратной связи, содержащее электроакустический преобразователь, соединенный с генератором высокочастотных коле622378

Составитель С.Мухин

Техоед Л.Алферова Корректор М.Ряако

Тираж 922 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

13035с Москвас Я(35с Рараская наб с д 4 5

Редактор Е.Месропова

Заказ 1125/б1

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4 баний; отличающийся тем, что, с целью получения двух пространственно разделенных лучей с управляемым сдвигом частот, а также для обеспечения воэможности управляемой частотной модуляции лазерного излучения, электроакустический преобразователь установлен в непосредственном механическом контакте с торцом кристалла.