Способ перестройки частоты генерации лазера

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. SU,„, 671656A1

<5!)5 Н 01 S 3/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГOCRATEHT СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ которой находится в пределах от V — И до U + Q, где Я определяется из выражения ! л Г2 (N М)*Я С r

1,п

432 " И* г bS2

8 — t

27 гэ где 7

N NA

Изобретение относится к квантовой собов перестройки является скачкообэлектронике и может быть использова разное изменение частоты с минимально при создании лазеров с прецезион- но возможной величиной шага перест-. ным управлением частотой излучения в -ройки, равной частотному интервалу процессе генерации. между модами резонатора лазера.

Известны способы, в которых часто- Наиболее близким к описываемому та генерации лазеров изменяется с по- является способ перестройки частоты мощью различного рода дисперсионных генерации лазера, работающего в кваэлементов, вносимых в резонатор лазе" зинепрерывном режиме с динамической ра и перестраиваемых (например, пу- перестройкой частот мод резонатора. тем вращения) в процессе генерации. Способ состоит в том, что непре.Недостатком таких дисперсионных спо- рывная (т.е. шагом перестройки, равК А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2477448/25 (22) 16.04.77 (46) 15.02 ° 93. Бюл. Р 6 (71) Институт оптики атмосферы СО АН

СССР (72) И.M.Иакогон, А.Н.Солодов и В.И.Сердюков (56) Иикаэлян A,Ë. и др. ОКГ на твердом теле. Н., Сов.радио, 1967.

Иакогон М.И. и Сердюков В.И. Рубиновый лазер с плавным и непрерывным свиппированием частоты.

Тезисы докладов 2-го симпозиума по молекулярнЬй спектроскопии высокого и сверхвысокого разрешения. Новосибирск, 1974, с. 137. (54) (S7) СПОСОБ ПЕРЕСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ

ГЕНЕРАЦИИ ЛАЗЕРА, в квазинепрерывном режиме с динамической перестройкой частот мод резонатора, о т л ич а ю щ и "ся тем,,что, с целью расширения диапазона перестройки, производят дисперсионную перестройку резонатора со скоростью U величина !

l ! ! скорость динамической перестройки частот мод резонатора; длительность квазинепрерывной генерации; время жизни Фотона, претерпевающего неактивное поглощение, характерная ширина добротности дисперсионного резонатора; телесный угол, в котором сосредоточено излучение лазера, относительное "превышение накачки над пороговой.

С !

1 (и !

671656

27

me Ч

Ю

N-N* скорость динамической перест рой ки ча стот мод ре зонатора; длительность квазинепрерывной генерации (здесь с время жизни фотона, претер- 50 певающего неактивное поглощение„ г - характерная .ширина добротности дисперсионного резонатора, 8 Q,- телесный угол, в котором сосредо- 55 точено излучение лазера; относительное превышение накачки над пороговой). ным нулю) перестройка частоты излучения лазера, работающего в квазинепрерывном режиме, осуществляется путем динамической перестройки частот генерирующих мод в результате изменения оптической длины резонатора в процессе генерации. Однако этот способ не позволяет получить перестройку частоты излучения в диапазоне, превышающем несколько процентов от ширины линии усиления активной среды вследствие снижения коэффициента усиления при отстройке частоты генерации от центра линии усиления и перехода генерации на моды, расположенные вблизи центра линии усиления и имеющие больший коэффициент усиления (потери мод в этом способе не зависят от частоты и поэтому для всех мод 20 одинаковы) .

Целью изобретения является расширение диапазона перестройки частоты лазера, а именно получение перестройки частоты излучения лазера в преде- 25 лах всей полосы усиления активной среды, что позволит намного удобнее и быстрее (в 10-100 раз) производить спектроскопические исследования (например, измерение спектров поглощения и излучения различных веществ со сверхвысоким спектральным разрешением) .

Поставленная цель достигается тем, что производят дисперсионную перестройку резонатора со скоростью Ч,, величина которой находится в пределах V+ — И до V> + И, где Я yp,îBëåòворяет уравнению

Гг (N — N)» Mt, 1п

Я N* t-bO. г — 1n (д ) N r b ä .

t

27 г (2) Из этого выражения следует, что для параметров, характерных для лазеров с широкими линиями усиления (твердотельные, лазеры на красителя), д1 величина ---- (отношение величины отГ стройки частоты генерирующей моды от положения наиболее добротной моды к ширине добротности дисперсионного резонатора (или ширине линии усиления в бездисперсионном резонаторе) составляет несколько процентов, т.е. составляет несколько процентов от г.

В способе кроме динамической перестройки частот мод в лазере производят также дисперсионную перестройку (т.е. V> Ф 0), поэтому полный диапазон перестройки, равный V t = 54 +

+ V„t г может достигать величины г, причем, как следует из (2), для того, чтобы не прекращалась квазинепрерывная генерация в течение заданного времени t„, разность скоростей Ч -Ч„ должна быть меньше, чем (д .

Пример: Для осуществления непрерывной перестройки частоты рубинового лазера, имеющего импульс длитель. ностью t4 = 0,5 мс, в диапазоне Г =

12 см, равном ширине линии усиГенерация с непрерывным изменением частоты при использовании динамических резонаторов обусловлена существованием промежутка времени между моментом, когда усиление превысит потери, и моментом выхода моды в генерацию — существованием времени задержки генерации, что дает возможность генерирующей моде отстроиться на интервал

h V = (Чм — Чр) г от положения моды с максимальным усилением Ч, прежде чем ее сменит мода, расположенная вблизи ч . Величина д определяется такими параметрами лазера, как время жизни фотона s резонаторе 1, характерной шириной добротности дисперсионного резонатора г, телесным углом, в котором сосредоточено излучение лазера 3 и и относительным превышением

N-N» накачки над пороговой --.----. ВыраN* жение (2) связывает эти параметры

Редактор О.Филиппова Техрер И.Моргентал Корректор Н.Кешеля

Заказ 1095 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 1"-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 10

5 67165 ления, по описываемому способу необ1 ходимо: производить перестройку час- тот собственных мод резонатора путем изменения его длины со скоростью V

= 2,4 10 см lс, производить диспер4 м 5 сионную перестройку резонатора, причем при использовании дисперсионного элемента с характерной шириной добротности 3 см и типичных для рубинового лазера параметрах c = 3 10 с, N-N>< . ь

1 и О Я = 3 10 разность

N* скоростей дисперсионной и динамичес- . кой перестроек не должна превышать

78 см- /с. Таким образом при использовании данного способа осуществле" ния непрерывной перестройки частоты рубинового лазера диапазон непрерывной перестройки частоты увеличивается в 60 раз по сравнению с динамическим способом осуществления непрерывной перестройки частоты рубинового лазера, увеличение диапазона перестройки будет более значительным в лазерах с широкими линиями усиления — лазерах на стеклах, лазерах на органических красителях.

Использование лазера, работающего по данному способу в спектроскопических исследованиях, позволит повысить быстродействие и спектральное разрешение аппаратуры в 100-1000 раз.