Твердотельный лазер

 

1o ТВЕРПОТЕЛЬНЫР ЛАЗЕР, включащий активный элемент, помещен-, ный в резонатор, имеющий в качестве выходного зеркала резонансный рефлектор , и кювету с фототропным раствором , отличающийся тем,. что, с целью повышения монохроматичности генерируемого моноимпульса при одновременном регулировании его мощности , второе зеркало резонатора выполнено в виде электрооптического отражателя, фототропный раствор взят с концентрацией, обеспечивающей при i превышении уровня накачки лазера над порогом генерации на 20-30 генерацию лазером 2-3 моноимпульсов при открытом электрооптическом отражателе , а свободное пространство по оптической оси внутри резонатора заполнено непоглощающей излучение средойо 2„ Лазер по п„1, о т л.и ч а ющ и и с я тем, что свободное про« странство по оптической оси внутри ;резонатора заполнено герметичными кюветами, откаченными до давления не выше .,

СО 103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<зц Н 01 3/115

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 2766180/25 (22) 12.04.79 (46) 07.01.93. Бюл. 1 (7i) Институт оптики атмосферы

СО АН СССР (72) В.Н.Маричев и Н.В,Неделькин (53) 621.375.8 (088.8) (56) Johuson М.M., Lagrone А.Н. "Continuonslу Tunable Resonant Ruby Laser

Reflector", J. Арр1. Opt", v. 12, 1973,Y 2, p„ 510.

Schotland R.М., A Mode controlled 0-Swiched Tunable Ruby Lasers"

"J. Арр1. Opt", v. 9, 1970, Н 5, р. 1211. (54)(57) 1, ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР, включающий активный элемент, помещен-, ный в резонатор, имеюций в качестве выходного зеркала резонансный рефлектор, и кювету с Фототропным раствором, отличающийся тем, Изобретение относится к моноим" пульсным ОКГ с электрооптической модуляцией добротности и перестраиваемой длиной волны излучения. Устройство может быть использовано для спектрального анализа веществ, в лазерном зондировании атмосферы, в том числе влажности атмосферы.

Известны лазеры с перестройкой длины .волны и узким спектром излу1чения.

Этот лазер состоит из активного элемента и резонатора, в котором в качестве плотного зеркала использо А2 791157 А1 что, с целью повышения монохроматич" ности генерируемого моноимпульса при одновременном регулировании его мощ" ности, второе зеркало резонатора выполнено в виде электрооптического отражателя, Фототропный раствор взят с концентрацией, обеспечивающей при ,превышении уровня накачки лазера над порогом генерации на 20-301 генерацию лазером 2-3" моноимпульсов при открытом электрооптическом отражателе, а свободное пространство по оптической оси внутри резонатора заполнено непоглощаюц|ей излучение средой.

2. Лазер по и. 1, о т л.и ч а юшийся тем, что свободное пространство по оптической оси внутри резонатора заполнено герметичными кюветами, откаченными до давления не выше 10 атм.

I валась призма, а в качестве выходно;го-резонансный рефлектор.

Недостатком данного лазера является то, что он не может работать в режиме модуляции добротности и спектр его излучения расщепляется ,по линии паров воды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является лазер, состоящий из активного элемента (кристалла рубина), резонатора, в котором в качестве одного из зер кал использовалась призма, а в качестве выходного зеркала - резонансный

791157 рефлектор, модулятора добротности в виде кюветы с фототропным раствором.

Однако модуляция добротности ocy" ществляется кюветой с Фототропным раствором, в результате момент появления импульса генерации нестабилен по отношению к началу импульса накачки. Генерация одного импульса происходит при определенном уровне накачки, что не позволяет регулировать выходную мощность лазера без изменения концентрации Фототропного раствора.

Возможно временное и спектраль- 15 ное расщепление импульса излучения, т.е. появление за одну накачку вместо одного гигантского импульса íà определенной длине волны излучения (чаще всего на линии поглощения па- 20 ров воды) комбинации одного или двух гигантских импульсов с одной или двумя спектральными частотами. В лазере не достигается высокая воспроизводимость и точность задания длины волны излучения.

Целью изобретения является повышение монохроматичности генерируемо го моноимпульса, при одновременном обеспечении регулировки его мощ- ЗО ности.

Указанная цель достигается тем, что в твердотельном лазере, включающем активный элемент, помещенный в

Резонатор, в качестве выходного зер- я5 кала которого используются резонансный рефлектор, и кювету с фототропным раствором, второе зеркало резо- натора выполнено в виде электрооптического отражателя, Фототропный 40 раствор взят с концентрацией, обеспечивающей при превышении уровня на" качки лазера над порогом генерации на 20-303, генерацию лазером 2-3 моноимпульсов при открытом электрооп- 45 тическом отражателе, а свободное про.странство по оптической оси внутри резонатора заполнено непоглощающей излучение средой, пространство может быть заполнено герметичными кювета- 5п ми, откаченными до давления не выше

10 атм.

На чертеже изображена схема предлагаемого лазера.

Лазер включает активный элемент 1, резонансный рефлектор .2, электрооптический отражатель 3, кювету с Фо-, тотропным раствором 4 и откаченные или наполненные непоглощающим газом кюветы 5.

Активный элемент 1 помещен в резо натор, выходным элементом которого является резонансный рефлектор 2, а плотным зеркалом - электрооптический отражатель 3„ Кювета с фототропным раствором 4 размещена между активным элементом 1 и электрооптическим отражателем 3, В свободном пространстве на оптической оси между активным элементом 1 и кюветой с фототропным раствором Й, а также между активным элементом 1 и резонансным рефлектором 2 размещены кюветы 5, откачанные или наполненные газом, непоглощающим на ллине волны генерации лазера, которые практически исключают паразитную селекцию атмосферы в резонаторе, Лазер работает следующим образом.

Во время накачки лазера происходит переход ионов активного вещества 1 (в рубине, например, таковыми являются ионы хрома) в возбужденное состояние. В момент максимальной инверсии подается импульс на открытие электрооптического отражателя 3 и происходит развитие гигантского импульса. В результате нелинейного развития генерации, создаваемой кюветой с Фототропным раствором 4, длина волны излучения соответствует максимальному значению коэффициента отражения резонансного рефлектора 2 с высокой точностью при узком спектре генерации. Концентрация Фототропного раствора подбирается экспериментально следующим образом, На электрооптический отражатель подается постоянное йапряжение, соответствующее полному его открытию. Напряжение накачки увеличивается до появления генерации лазера в свободном режиме, что соответствует порогу генерации. Затем напряжение накачки увеличивается еще н.на 20-30, а в кювету вволят Фототропный раствор, концентрация которого подбирается такой, чтобы лазер генерировал 2-3 моноимпульса за одну накачку. Снимается напряжение с электрооптического отражателя. (Экспериментально концентрация подбиралась один раз при настройке лазера и оставалась постоянной в течение 2 мес. эксплуатации)..Примером конкретного осуществления может служить лазер, реализованный в лаборатории оптического зондирования атмосферы ИСА СО АН СССР.

Активный элемент 1, в качестве которого использовался кристалл рубина типа РЛ, находится в резонаторе, образованном резонансным рефлектором 2 и электрооптическим отражателем 3 типа ИДЭ-2. Кювета с фототропным раствором 4 помещается перед электрооптическом отражателем 3. В свободное пространство между кюветой 4 и активным элементом 1 устанавливается стеклянная откачанная трубка 5 с окном под углом Брюстера. Для оптической накачки активного элемента применяется кварцевый отражатель с импульсной лампой ИФП-1200-2 . Центр линии люминесценции рубина настраивается на линию генерации лазера при помощи термостата U-10, Резонансный отражатель, состоящий из трех стеклянных пластин, помещался в термокорпус, температура которого регулируется термостатом U-10, Термокорпус укреплен на юстировочном узле для настройки резонатора.

Концентрация фототропного раствора подбиралась экспериментально, кювета вынималась из лазера, на электрооптический отражатель подавалось. постоянное напряжение, соответствующее полному открытию модулятора. Повышая уровень накачки, находили минимальное напряжение накачки, при котором появлялась генерация. Затем

791 5? напряжение HRкачки увеличивали HR

20-301, а кювету, заполненную фототропным раствором, помещали в резонатор„ Если во время вспышки генерации не было, концентрацию фототропного раствора уменьшали, а если генерация была и было больше 3-х моноимпульсов, концентрацию увеличивали.

Результаты измерений параметров лазера показали, что обеспечивается устойчивая плавная перестройка длины волны излучателя в диапазоне

694,2-694,5 нм при регулируемой аы15 ходной мощности. Относительная перестройка составила Д9 /bT

= 0,0061 Нмlград. Среднеквадратичная погрешность задания длины волны излучения температурой равна 10" нм.

20 Ширина линии излучения не превышает

1О нм, а воспроизводимость длины волны при постоянной температуре рефлектора составила 5- 10 нм.

Описанный лазер применялся для дистанционного зондирования влажности атмосферы.

Таким образом, данный лазер удовлетворяет требованиям, предъявляемый

ЭО к лазерам для дистанционного зондирования газов влажности атмосферы методом дифференциального поглощения, где необходимо источник с длитель« ностью импульса 20 нс, плавной перестройкой длины волны, высокой воспроизводимостью, точностью установки, узким спектром излучения, регулируемым по выходной мощности.

Редактор О.Филиппова Техред И.Иоргентал Корректор И.Демчик

Заказ 1083 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и,открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. i агарина, 101