Импульсный параметрический лазер

1. ИМПУЛЬСНЫЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ЛАЗЕР, содержащий установленный в резонатор нелинейный кристалл, оптически связанный с источником накачки через линию оптической задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения квантового коэффициента преобразования излучения накачки в нерезонаторное ИК-излучение при увеличении степени когерентности ИК-излучения, в резонатор дополнительно введен активный элемент, оптически связанный с источником накачки.
2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что в резонатор дополнительно введен второй нелинейный кристалл, оптически связанный с первым нелинейным кристаллом по лучу нерезонаторного ИК-излучения с помощью дополнительного отражателя.
3. Лазер по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в него дополнительно введены два зеркала, причем одно расположено перпендикулярно лучу накачки, прошедшему первый нелинейный кристалл, а второе расположено с противоположной по отношению к дополнительному отражателю стороны этого кристалла перпендикулярно лучу нерезонаторного ИК-излучения.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в спектроскопии и фотохимии, лазерном разделении изотопов и изучении состава атмосферы.
Известен генератор инфракрасного ИК-излучения, основанный на генерации разностной частоты двух источников лазерного излучения, содержащий нелинейный кристалл, оптически связанный с двумя вышеуказанными источниками лазерного излучения, один из которых перестраивается по частоте. Основной недостаток генератора разностной частоты низкий квантовый коэффициент преобразования, обусловленный малой эффективностью нелинейного взаимодействия излучений накачки в кристалле.
Известен также импульсный параметрический лазер ИК-излучения, содержащий резонатор, с расположенным внутри него нелинейным кристаллом, и лазер накачки, оптически связанный с нелинейным кристаллом. В этом параметрическом лазере увеличение мощности ИК-излучения достигается за счет увеличения мощности излучения накачки и резонаторного эффекта. Однако при увеличении мощности излучения накачки происходит уменьшение времени развития генерации, что приводит к ухудшению когерентности выходного излучения (увеличению расходимости и увеличению частотного спектра выходного излучения). Кроме того, время развития генерации в таком лазере сравнимо с длительностью импульса накачки, в результате чего нелинейный режим генерации, в течение которого происходит эффективный энергообмен между излучением накачки и резонаторным излучением, продолжается в течение небольшой части длительности импульса накачки. Это обусловливает сравнительно низкий (15-20%) квантовый коэффициент преобразования такого параметрического лазера.
Наиболее близок к изобретению импульсный параметрический лазер, содержащий установленный в резонатор нелинейный кристалл, оптически связанный с источником накачки через линию оптической задержки. В этом лазере квантовый коэффициент преобразования повышается за счет инжекции внешнего сигнала (монохроматического излучения) от дополнительного инжектирующего лазера и временного согласования с помощью линии оптической задержки, импульсов накачки и инжектируемого сигнала, проходящего через нелинейный кристалл. Инжекция внешнего сигнала уменьшает время переходных процессов и, следовательно, ведет к увеличению квантового коэффициента преобразования. Когерентные свойства излучения параметрического лазера определяются когерентными свойствами инжектируемого излучения.
Недостатками известного параметрического лазера являются невысокие когерентность выходного излучения и квантовый коэффициент преобразования. Эти недостатки обусловлены тем, что моды резонатора параметрического лазера и моды резонатора инжектирующего лазера несколько различны. Кроме того, конструкция такого лазера значительно усложняется из-за наличия дополнительного инжектирующего лазера.
Цель изобретения повышение квантового коэффициента преобразования излучения накачки в нерезонаторное ИК-излучение при увеличении степени когерентности ИК-излучения.
Поставленная цель достигается тем, что в резонатор импульсного параметрического лазера, содержащего установленный в резонатор нелинейный кристалл, оптически связанный с источником накачки через линию оптической задержки, дополнительно введен активный элемент, оптически связанный с источником накачки.
В резонатор лазера может быть дополнительно введен второй нелинейный кристалл, оптически связанный с первым нелинейным кристаллом по лучу нерезонаторного ИК-излучения с помощью дополнительного отражателя.
В лазер могут быть дополнительно введены два зеркала, причем одно расположено перпендикулярно лучу накачки, прошедшему первый нелинейный кристалл, а второе расположено с противоположной, по отношению к дополнительному отражателю, стороны этого кристалла перпендикулярно лучу нерезонаторного ИК-излучения.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
В резонатор параметрического лазера, образованный зеркалами 1 и 2, установлены первый 3 и второй 4 нелинейные кристаллы, а также перестраиваемый селектор частоты 5 и активный элемент 6. Кристаллы 3 и 4 оптически связаны по лучу нерезонаторного ИК-излучения дополнительным отражателем 7. Лазер накачки 8 оптически связан с активным элементом 6 и, с помощью полупрозрачного зеркала 9 и линии оптической задержки 10, с кристаллом 3. Перпендикулярно лучу накачки, прошедшему нелинейный кристалл 3, установлено зеркало 11, а перпендикулярно лучу нерезонаторного ИК-излучения зеркало 12.
Импульсный параметрический лазер работает следующим образом.
Лазер накачки 8 излучает импульс накачки длительностью _н. Полупрозрачным зеркалом 9 малая часть этого импульса направляется на активный элемент 6, а большая часть через линию задержки 10 на нелинейный кристалл 3. Поскольку активный элемент 6 имеет высокий коэффициент усиления при малом уровне накачки, время _о развития генерации практически равно длительности начальной части импульса накачки. Так как обычно _н >> Т (Т время пробега импульса резонаторного излучения по резонатору параметрического лазера), то угловой и частотный спектры резонаторного излучения успевают сформироваться в течение времени, предшествующего началу нелинейного режима параметрической генерации в нелинейном кристалле 3. Нелинейный режим параметрической генерации начинается под действием той большей части излучения накачки, которая задерживается линией задержки 10 на величину, равную половине длительности импульса накачки. Таким образом, импульс накачки приходит на нелинейный кристалл 3 в момент, когда в резонаторе уже сформировалось интенсивное и когерентное излучение, достаточное для того, чтобы сразу начался второй этап развития генерации нелинейный режим, для которого характерен эффективный энергообмен между накачкой и резонаторным излучением, в результате которого одновременно генерируется мощное и когерентное нерезонаторное ИК-излучение. В течение времени, когда основная часть излучения импульса накачки проходит через нелинейный кристалл 3, происходит преобразование большей части импульса накачки в нерезонаторное ИК-излучение и резонаторное излучение параметрического лазера, что и обеспечивает получение высокого квантового коэффициента преобразования.
Дальнейшее увеличение коэффициента преобразования достигается при прохождении нерезонаторного ИК-излучения через второй нелинейный кристалл 4 за счет параметрического преобразования энергии резонаторного излучения в нерезонаторное ИК-излучение. Дополнительные зеркала 11 и 12 позволяют полнее использовать излучение накачки за счет двухпроходного усиления. Селектор 5 предназначен для перестройки частоты излучения параметрического лазера.
Повышение степени когерентности нерезонаторного ИК-излучения обусловлено тем, что активный элемент и нелинейный кристалл расположены в одном и том же резонаторе, т.е. выполнено условие согласования мод.
Таким образом, предлагаемый импульсный параметрический лазер позволяет повысить квантовый коэффициент преобразования и степень когерентности ИК-излучения.
1. ИМПУЛЬСНЫЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ЛАЗЕР, содержащий установленный в резонатор нелинейный кристалл, оптически связанный с источником накачки через линию оптической задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения квантового коэффициента преобразования излучения накачки в нерезонаторное ИК-излучение при увеличении степени когерентности ИК-излучения, в резонатор дополнительно введен активный элемент, оптически связанный с источником накачки.
2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что в резонатор дополнительно введен второй нелинейный кристалл, оптически связанный с первым нелинейным кристаллом по лучу нерезонаторного ИК-излучения с помощью дополнительного отражателя.
3. Лазер по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в него дополнительно введены два зеркала, причем одно расположено перпендикулярно лучу накачки, прошедшему первый нелинейный кристалл, а второе расположено с противоположной по отношению к дополнительному отражателю стороны этого кристалла перпендикулярно лучу нерезонаторного ИК-излучения.